【文章內(nèi)容簡介】 9 DS18B20 可以直接讀出被測量的溫度值，而且采用 3 線制與單片機相連，減少了外部的硬件電路， 具有低成本和易使用的特 點。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 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。單總線接口引腳。當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。當工作于寄生電源時，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，接著是每個器件的惟一的序號，共有 48 位，最后 8位是前 56 位的 CRC 校驗碼，這也是多個 DS18B20可以采用一線進行通信的原因。 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 CRC 48b 序列號 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。可以設置 DS18B20溫度轉(zhuǎn) 換的精度 ,DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存 RAM和一個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)的存儲器，如表 ，頭 2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第 3和第 4字節(jié) TH和 TL的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第 5個字節(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工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應精度的溫度數(shù)值 表 DS18B20 內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu) Byte0 溫度測量值 LSB（ 50H） Byte1 溫度測量值 MSB（ 50H） Byte2 TH高溫寄存器 Byte3 TL 低溫寄存器 Byte4 配位寄存器 YByte5 預留 （ FFH） Byte6 預留 （ 0CH） Byte7 預留 （ IOH） Byte8 循環(huán)冗余碼校驗 （ CRC） 存儲器和控制邏輯 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 DQ VDD 11 (3) 非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH和 TL?？赏ㄟ^軟件寫入用戶報警上下限值。 (4) CRC 的產(chǎn)生。在 64 b ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余校驗碼（ CRC）。主機根據(jù) ROM 的前 56 位來計算 CRC 值，并和存入 DS18B20 中的 CRC 值做比較，以判斷主機收到的 ROM數(shù)據(jù)是否正確。 DS18B20 的操作時序 DS18B20 的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ ROM操作指令→存儲器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序。 主機控制 DS18B20 完成任何操作之前必須先初始化，即主機發(fā)一復位脈沖 (最短為 480us 的低電平 )，接著主機釋放總線進入接收狀態(tài)， DS18B20 在檢測到 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 )。 寫時間片：將數(shù)據(jù)從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號。在15us 之內(nèi)將所需寫的位送到數(shù)據(jù)線上，在 15us 到 60us 之間對數(shù)據(jù)線進行采樣，如果采樣為高電平，就寫 1，如果為低電平，寫 0就發(fā)生。在開始另一個寫周期前必須有 1us 以上的高電平恢復期。 讀時間片 :主機將數(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。主機在讀時間片下降沿之后15us 內(nèi)完成讀位。每個讀周期最短的持續(xù)期為 60us,各個讀周期之間也必須有 1us 以上的高電平恢復期。 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 DS18B20 的 1腳接地， 2腳作為信號線 接在單片機的 ， 3腳接電源 另一種是寄生電源供電方式 ，單片機端口接單線總線 [3]，為保證在有效的 DS18B20 時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET 管來完成對總線的上拉。 當 DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為 10us。采用寄生電源供電方式時 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，常閉觸點。常開觸點在線圈不通電的情況下是斷開的，當線圈中有電流經(jīng)過時 ,常開觸點閉合；常閉觸點在線圈不通電的情況下是閉合的，當線圈中有電流經(jīng)過時斷開。本 設計用到的是繼電器的常開觸點，即在繼電器線圈沒有電流經(jīng)過時是斷開的狀態(tài)，當繼電器線圈中有電流經(jīng)過時閉合導通。 繼電器實現(xiàn)的是弱電控制強電，單片機是弱電器件，一般情況下它的工作電壓為 5V，而本實驗所用的熱得快工作所需電壓為 220V屬于強電，強電不能和弱電有任何電器接觸，防止強電進入到單片機內(nèi)，繼電器起到隔離作用。由于單片機是一個弱電器件，它的工作電壓是 5V，驅(qū)動電流在 mA 級以下，而現(xiàn)在要把它用于一些大功率場合，控制熱得快，顯然是不行的。所以，就要有一個環(huán)節(jié)來銜接，這個環(huán)節(jié)就是所謂的 “ 功率驅(qū)動 ” ，繼電器驅(qū)動就是 一個典型的、簡單 13 的功率驅(qū)動環(huán)節(jié)。繼電器驅(qū)動就是單片機與其他大功率負載接口，起到控制作用，三極管起到放大作用。 當外部溫度大于預設溫度時，繼電器輸出電路一工作，驅(qū)動電風扇工作， 使環(huán)境的溫度降低，直到外部溫度降低到預設的溫度，此時繼電器輸出電路一停止工作，電路圖 如圖 ；當外部溫度小于預設溫度時，繼電器輸出電路二工作，驅(qū)動加熱器工作， 使環(huán)境的溫度升高，當外部的溫度升高到預設的溫度時，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 本次設計中既有需要 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開關(guān)，當 短時間 內(nèi) 系統(tǒng) 不需要工作 ，可 斷開開關(guān)，不必要切斷電源， 這樣設計更 加人性化，用 發(fā)光二極管作為電源指示燈。 14 4 軟件設計 系統(tǒng)流程 圖 圖 系統(tǒng) 流程圖 系統(tǒng)程序模塊的設計 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 設定溫度上、下限 顯示當前溫度值 判斷當前溫度值 超過設定溫度上限 低于設定溫度下限 燈亮 啟動加熱器升高溫度 燈亮 啟動風扇降低溫 度 否 是 15 序，計算溫度子程序，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：首先完成變量的設定、中斷入口的設定、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。當溫度值高于設定最高限時，驅(qū)動風扇工作，蜂鳴器報警；當溫度值低于設定最低限時，驅(qū)動熱得快，蜂鳴器報警。 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)行相應的功能，主要完成最高溫度、最低溫度的設定。 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)過指定時間后讀取轉(zhuǎn)換的溫度值。 DB18B20 測量溫度 的程序設計 DS18B20 的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ ROM操作指令→存儲器操作指令→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。初始化過程如下：主機通過拉低單線 480us 以上，產(chǎn)生復位脈沖，然后釋放該線，進入 Rx接收模式 ， 主機釋放總線時，會產(chǎn)生一個上升沿。單線期間DS18B20 檢測到 該 上升沿后，延時 1560us，通過拉低總線 60240us來產(chǎn)生應答脈沖。 ROM 操作命令 ： 一旦總線主機檢測到應答脈沖，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。主機可以提供 6 種內(nèi)存操作命令。 數(shù)據(jù)處理 ： DS18B20 要有嚴格的時序來保證數(shù)據(jù)的完整性。在單線 DQ 上，存在復位脈沖、應答脈沖、寫“ 0”、寫“ 1”、讀“ 0”和讀“ 1”幾種信號類型。其中， 除了應答 脈沖之外，均由主機產(chǎn)生。數(shù)據(jù)位的讀和寫則是通過使用讀、寫時隙實現(xiàn)的。 當 DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換 ，轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號擴展的二進制補 碼形式存儲在高速暫存存儲器的第 2字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃／ LSB形式表示。 當符號位 S＝ 0 時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當符號位 S＝ 1 時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。部分溫度對應值如表 所示。 表 一部分溫度對應值表 溫度 /℃ 二進制表示 十六進制表示 +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，當采用 12 位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為 750ms，在本程序設計中采用 1s 顯示程序延時法 ，來 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，設置溫度，用打火機在溫度傳感器 DS18B20 附近使溫度升高， 當溫度 超過 預設溫度上限時，此時電風扇開始工作，滅掉打火機，當溫度回到預設 溫度上限以下時，電風扇停止工作；當用冰塊在溫度傳感器 DS18B20 附近使溫度降低，當溫度低于預設溫度下限時，此時加熱器工作，拿開冰塊，使溫度升高，當溫度達到預設溫度下限以上時， 加熱器停止加熱 ，經(jīng)多次實驗， 與設想的結(jié)果一致， 誤差為 177。 2℃ 。 但是讀取溫度值時，出現(xiàn)的現(xiàn)象是 溫度在判斷時出現(xiàn)錯誤，使風扇存在忽快忽慢的變化，蜂鳴器也不斷的蜂鳴報警。解決的方法是在讀取溫度判斷時加延時，并且多次判斷，防止跳變。 6 總結(jié) 本 次 設計使用的溫度控制器結(jié)構(gòu)簡單、測溫比較準確，具有一定發(fā) DS18B20 復位命令 發(fā)跳過 ROM 命令 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 結(jié)束