【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 9 DS18B20 可以直接讀出被測(cè)量的溫度值，而且采用 3 線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路， 具有低成本和易使用的特 點(diǎn)。引腳圖如圖 所示，各腳功能如表 。 圖 DB18B20 引腳圖 表 DB18B20 引腳的功能 序號(hào) 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號(hào) 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成 ： (1) 64 位光刻 ROM。 ROM中的 64 位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作 是該 DS18B20 的地址序列碼， 開始 8位是 產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有 48 位，最后 8位是前 56 位的 CRC 校驗(yàn)碼，這也是多個(gè) DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。 4 位閃速 ROM 的結(jié)構(gòu)如表 ，DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。 表 8b 檢驗(yàn) CRC 48b 序列號(hào) 8b 工廠代碼 （ 10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB 10 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) (2) 高速暫存存儲(chǔ)?？梢栽O(shè)置 DS18B20溫度轉(zhuǎn) 換的精度 ,DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存 RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的 E2PRAM。高速暫存 RAM的結(jié)構(gòu)為 8字節(jié)的存儲(chǔ)器，如表 ，頭 2個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第 3和第 4字節(jié) TH和 TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第 5個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。 DS18B20工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值 表 DS18B20 內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) Byte0 溫度測(cè)量值 LSB（ 50H） Byte1 溫度測(cè)量值 MSB（ 50H） Byte2 TH高溫寄存器 Byte3 TL 低溫寄存器 Byte4 配位寄存器 YByte5 預(yù)留 （ FFH） Byte6 預(yù)留 （ 0CH） Byte7 預(yù)留 （ IOH） Byte8 循環(huán)冗余碼校驗(yàn) （ CRC） 存儲(chǔ)器和控制邏輯 暫存器 8 位 CRC 產(chǎn)生器 溫度傳感器 觸發(fā)上限 TH 觸發(fā)下限 TL 64位ROM和單線接口 電源 檢測(cè) DQ VDD 11 (3) 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL?？赏ㄟ^(guò)軟件寫入用戶報(bào)警上下限值。 (4) CRC 的產(chǎn)生。在 64 b ROM的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC）。主機(jī)根據(jù) ROM 的前 56 位來(lái)計(jì)算 CRC 值，并和存入 DS18B20 中的 CRC 值做比較，以判斷主機(jī)收到的 ROM數(shù)據(jù)是否正確。 DS18B20 的操作時(shí)序 DS18B20 的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ ROM操作指令→存儲(chǔ)器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序。 主機(jī)控制 DS18B20 完成任何操作之前必須先初始化，即主機(jī)發(fā)一復(fù)位脈沖 (最短為 480us 的低電平 )，接著主機(jī)釋放總線進(jìn)入接收狀態(tài)， DS18B20 在檢測(cè)到 I/O 引腳上的上升沿之后，等待 1560us 然后發(fā)出存在脈沖 (60240us 的低電平 )。 寫時(shí)間片：將數(shù)據(jù)從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號(hào)。在15us 之內(nèi)將所需寫的位送到數(shù)據(jù)線上，在 15us 到 60us 之間對(duì)數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣，如果采樣為高電平，就寫 1，如果為低電平，寫 0就發(fā)生。在開始另一個(gè)寫周期前必須有 1us 以上的高電平恢復(fù)期。 讀時(shí)間片 :主機(jī)將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平 1us 以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產(chǎn)生讀起始信號(hào)。主機(jī)在讀時(shí)間片下降沿之后15us 內(nèi)完成讀位。每個(gè)讀周期最短的持續(xù)期為 60us,各個(gè)讀周期之間也必須有 1us 以上的高電平恢復(fù)期。 12 DS18B20 可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí) DS18B20 的 1腳接地， 2腳作為信號(hào)線 接在單片機(jī)的 ， 3腳接電源 另一種是寄生電源供電方式 ，單片機(jī)端口接單線總線 [3]，為保證在有效的 DS18B20 時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET 管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。 當(dāng) DS18B20 處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度 A/D轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為 10us。采用寄生電源供電方式時(shí) VDD 端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。 繼電器 輸出電路 繼電器有常開觸點(diǎn)，常閉觸點(diǎn)。常開觸點(diǎn)在線圈不通電的情況下是斷開的，當(dāng)線圈中有電流經(jīng)過(guò)時(shí) ,常開觸點(diǎn)閉合；常閉觸點(diǎn)在線圈不通電的情況下是閉合的，當(dāng)線圈中有電流經(jīng)過(guò)時(shí)斷開。本 設(shè)計(jì)用到的是繼電器的常開觸點(diǎn)，即在繼電器線圈沒(méi)有電流經(jīng)過(guò)時(shí)是斷開的狀態(tài)，當(dāng)繼電器線圈中有電流經(jīng)過(guò)時(shí)閉合導(dǎo)通。 繼電器實(shí)現(xiàn)的是弱電控制強(qiáng)電，單片機(jī)是弱電器件，一般情況下它的工作電壓為 5V，而本實(shí)驗(yàn)所用的熱得快工作所需電壓為 220V屬于強(qiáng)電，強(qiáng)電不能和弱電有任何電器接觸，防止強(qiáng)電進(jìn)入到單片機(jī)內(nèi)，繼電器起到隔離作用。由于單片機(jī)是一個(gè)弱電器件，它的工作電壓是 5V，驅(qū)動(dòng)電流在 mA 級(jí)以下，而現(xiàn)在要把它用于一些大功率場(chǎng)合，控制熱得快，顯然是不行的。所以，就要有一個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)銜接，這個(gè)環(huán)節(jié)就是所謂的 “ 功率驅(qū)動(dòng) ” ，繼電器驅(qū)動(dòng)就是 一個(gè)典型的、簡(jiǎn)單 13 的功率驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)。繼電器驅(qū)動(dòng)就是單片機(jī)與其他大功率負(fù)載接口，起到控制作用，三極管起到放大作用。 當(dāng)外部溫度大于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，繼電器輸出電路一工作，驅(qū)動(dòng)電風(fēng)扇工作， 使環(huán)境的溫度降低，直到外部溫度降低到預(yù)設(shè)的溫度，此時(shí)繼電器輸出電路一停止工作，電路圖 如圖 ；當(dāng)外部溫度小于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，繼電器輸出電路二工作，驅(qū)動(dòng)加熱器工作， 使環(huán)境的溫度升高，當(dāng)外部的溫度升高到預(yù)設(shè)的溫度時(shí)，繼電器輸出電路二停止工作，電路圖 如圖 所示。 + 5 VR 1 510 KP 3 .5Q685 50J D Q 2 V21N 41 48123J3C O N 3+ 5 VR 1 410 KP 3 .7Q585 50J D Q 1 V11N 41 48123J2C O N 3 圖 繼電器輸出電路一 圖 繼電器輸出電路二 電源電路 本次設(shè)計(jì)中既有需要 5V供電的 電路 也有需要 220V供電的 電路 ，直接接入 220V 即可，其中有變壓器 [10]可將 220V 的電壓 變?yōu)?5V， 此外 電源與電路之間有一個(gè)開關(guān)，當(dāng) 短時(shí)間 內(nèi) 系統(tǒng) 不需要工作 ，可 斷開開關(guān)，不必要切斷電源， 這樣設(shè)計(jì)更 加人性化，用 發(fā)光二極管作為電源指示燈。 14 4 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)流程 圖 圖 系統(tǒng) 流程圖 系統(tǒng)程序模塊的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)程序主要包括主程序， 讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子 程是 否 開始 初始化 DS18B20 設(shè)定溫度上、下限 顯示當(dāng)前溫度值 判斷當(dāng)前溫度值 超過(guò)設(shè)定溫度上限 低于設(shè)定溫度下限 燈亮 啟動(dòng)加熱器升高溫度 燈亮 啟動(dòng)風(fēng)扇降低溫 度 否 是 15 序，計(jì)算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等 。溫控系統(tǒng)采用模塊化[11]程序結(jié)構(gòu)，可以分成以下程序模塊： 系統(tǒng)初始化程序：首先完成變量的設(shè)定、中斷入口的設(shè)定、堆棧、輸入輸出口及外部部件的初始化工作。 主程序 MAIN：完成鍵盤掃描、溫度值采集及轉(zhuǎn)換、溫度值的顯示。當(dāng)溫度值高于設(shè)定最高限時(shí)，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇工作，蜂鳴器報(bào)警；當(dāng)溫度值低于設(shè)定最低限時(shí)，驅(qū)動(dòng)熱得快，蜂鳴器報(bào)警。 鍵盤掃描程序 KEYSCAN：完成鍵盤的掃描并根據(jù)確定的鍵值執(zhí)行相應(yīng)的功能，主要完成最高溫度、最低溫度的設(shè)定。 溫度采集程序：完成 DS18B20 的初始 化并發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令，經(jīng)過(guò)指定時(shí)間后讀取轉(zhuǎn)換的溫度值。 DB18B20 測(cè)量溫度 的程序設(shè)計(jì) DS18B20 的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ ROM操作指令→存儲(chǔ)器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。 初始化 ： 單線總線上的所有操作均從初始化開始。初始化過(guò)程如下：主機(jī)通過(guò)拉低單線 480us 以上，產(chǎn)生復(fù)位脈沖，然后釋放該線，進(jìn)入 Rx接收模式 ， 主機(jī)釋放總線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)上升沿。單線期間DS18B20 檢測(cè)到 該 上升沿后，延時(shí) 1560us，通過(guò)拉低總線 60240us來(lái)產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。 ROM 操作命令 ： 一旦總線主機(jī)檢測(cè)到應(yīng)答脈沖，便可以發(fā)起ROM 操作命令。 共 有 5位 ROM 操作命令。 內(nèi)存操作命令 ： 在成功執(zhí)行了 ROM操作命令之后，才可以使用 16 內(nèi)存操作命令。主機(jī)可以提供 6 種內(nèi)存操作命令。 數(shù)據(jù)處理 ： DS18B20 要有嚴(yán)格的時(shí)序來(lái)保證數(shù)據(jù)的完整性。在單線 DQ 上，存在復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫“ 0”、寫“ 1”、讀“ 0”和讀“ 1”幾種信號(hào)類型。其中， 除了應(yīng)答 脈沖之外，均由主機(jī)產(chǎn)生。數(shù)據(jù)位的讀和寫則是通過(guò)使用讀、寫時(shí)隙實(shí)現(xiàn)的。 當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 ，轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ) 碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第 2字節(jié)。單片機(jī)可以通過(guò)單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃／ LSB形式表示。 當(dāng)符號(hào)位 S＝ 0 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位 S＝ 1 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。部分溫度對(duì)應(yīng)值如表 所示。 表 一部分溫度對(duì)應(yīng)值表 溫度 /℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0000 0191H + 0000 0000 1010 0001 00A2H + 0000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H 1111 1111 1111 0000 FFF8H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H 17 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采用 12 位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為 750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用 1s 顯示程序延時(shí)法 ，來(lái) 等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如圖 圖 溫度轉(zhuǎn)換流程圖 5 調(diào)試 連接好電路后，設(shè)置溫度，用打火機(jī)在溫度傳感器 DS18B20 附近使溫度升高， 當(dāng)溫度 超過(guò) 預(yù)設(shè)溫度上限時(shí)，此時(shí)電風(fēng)扇開始工作，滅掉打火機(jī)，當(dāng)溫度回到預(yù)設(shè) 溫度上限以下時(shí)，電風(fēng)扇停止工作；當(dāng)用冰塊在溫度傳感器 DS18B20 附近使溫度降低，當(dāng)溫度低于預(yù)設(shè)溫度下限時(shí)，此時(shí)加熱器工作，拿開冰塊，使溫度升高，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度下限以上時(shí)， 加熱器停止加熱 ，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)， 與設(shè)想的結(jié)果一致， 誤差為 177。 2℃ 。 但是讀取溫度值時(shí)，出現(xiàn)的現(xiàn)象是 溫度在判斷時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，使風(fēng)扇存在忽快忽慢的變化，蜂鳴器也不斷的蜂鳴報(bào)警。解決的方法是在讀取溫度判斷時(shí)加延時(shí)，并且多次判斷，防止跳變。 6 總結(jié) 本 次 設(shè)計(jì)使用的溫度控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)溫比較準(zhǔn)確，具有一定發(fā) DS18B20 復(fù)位命令 發(fā)跳過(guò) ROM 命令 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 結(jié)束