【文章內(nèi)容簡介】 的測量是從金屬 (物質 )的熱脹 冷縮開始。水銀溫度計至今仍是各種溫度測量的計量標準?？墒撬娜秉c是只能近距離觀測，而且水銀有毒，玻璃管易碎。代替水銀的有酒精溫度計和金屬簧片溫度計，它們雖然沒有毒性，但測量精度很低，只能作為一個概略指示。不過在居民住宅中使用已可滿足要求。在工業(yè)生產(chǎn)和實驗研究中為了配合遠傳儀表指示，出現(xiàn)了許多不同的溫度檢測方法，常用的有電阻式、熱電偶式、 PN 結型、輻射型、光纖式及石英諧振型等。它們都是基于溫度變化引起其物理參數(shù) (如電阻值，熱電勢等 )的變化的原理。隨著大規(guī)模集成電路工藝的提高，出現(xiàn)了多種集成的數(shù)字化溫度傳感器。 8 DS18B20的工作原理 DS18B20工作時序 根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機控制 DS18B20 完成溫度轉換必須經(jīng)過三個步驟： （ 1） 每一次讀寫之前都 必須 要對 DS18B20 進行復位 ； （ 2） 復位成功后發(fā)送一條 ROM 指令 ； （ 3） 最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對 DS18B20 進行預定的操作。 復位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500 微秒，然后釋放， DS18B20 收到信號后等待 15～ 60微秒左右后發(fā)出 60～ 240 微秒的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號表示復位成功。 其工作時序包括初始化時序、寫時 序和讀時序，具體工作方法如圖 ， ， 所示。 (1) 初始化時序 響應脈沖60~24 0等待15 60主機 最小48 0主機復位脈沖最小480 US 圖 初始化時序 總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，主機響應應答脈沖。應答脈沖使主機知道，總線上有從機設備，且準備就緒。主機輸出低電平，保持低電平時間至少 480us，以產(chǎn)生復位脈沖。接著主機釋放總線， ，延時 15～ 60us，并進入接受模式，以產(chǎn)生低電平應答脈沖，若為低電平，再延時 480us[7]。 (2) 寫時序 9 采樣15~ 45采樣15~ 4511主機寫1 時 序主機寫0 時 序 圖 寫時序 寫時序包括寫 0 時序和寫 1 時序。所有寫時序至少需要 60us，且在 2 次獨立的寫時序之間至少需要 1us 的恢復時間，都是以總線拉低開始。寫 1時序，主機輸出低電平，延時2us，然后釋放總線，延時 60us。寫 0時序，主機輸出低電平，延時 60us，然后釋放總線，延時 2us。 (3) 讀時序 主機采樣主機采樣454511主機寫1 時 序主機寫0 時 序 圖 讀時序 總線器件僅在主機發(fā)出讀時序是，才向主機傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須 馬上產(chǎn)生讀時序，以便從機能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時序至少需要 60us，且在 2次獨立的讀時序之間至少需要 1us的恢復時間。每個讀時序都由主機發(fā)起，至少拉低總線 1us。主機在讀時序期間必須釋放總線，并且在時序起始后的 15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機輸出低電平延時 2us，然后主機轉入輸入模式延時 12us，然后讀取總線當前電平，然后延時 50us。 ROM 操作命令 當主機收到 DSl8B20 的響應信號后，便可以發(fā)出 ROM 操作命令之一，這些命令如表。ROM操作命令 [8]。 10 表 ROM 操作命令 指令 約定代碼 功 能 讀 ROM 33H 讀 DS18B20 ROM 中的編碼 符合 ROM 55H 發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問單線總線上與該編碼相對應的 DS18B20 使之作出響應，為下一步對該 DS18B20 的讀寫作準備 搜索 ROM 0F0H 用于確定掛接在同一總線上 DS18B20 的個數(shù)和識別 64 位ROM 地址，為操作各器件作好準備 跳過 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS18B20 發(fā)溫度變換命令，適用于單片工作。 告警搜索 命 令 0ECH 執(zhí)行后，只有溫度超過設定值上限或者下限的片子才做出響應 溫度變換 44H 啟動 DS18B20 進行溫度轉換，轉換時間最長為 500MS，結果存入內(nèi)部 9 字節(jié) RAM 中 讀暫存器 0BEH 讀內(nèi)部 RAM 中 9字節(jié)的內(nèi)容 寫暫存器 4EH 發(fā)出向內(nèi)部 RAM 的第 3， 4 字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟讀命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù) 復制暫存器 48H 將 E2PRAM 中第 3， 4字節(jié)內(nèi)容復制到 E2PRAM 中 調 E2PRAM 0BBH 將 E2PRAM 中內(nèi)容恢復到 RAM 中的第 3， 4 字節(jié) 讀 供 電 方 式 0B4H 讀 DS18B20 的供電模式，寄生供電時 DS18B20 發(fā)送“ 0”，外接電源供電 DS18B20 發(fā)送“ 1” DS18B20的測溫原理 DS18B20的測溫原理 : 每一片 DSl8B20在其 ROM中都存有其唯一的 48位序列號，在出廠前已寫入片內(nèi) ROM 中。主機在進入操作程序前必須用讀 ROM(33H)命令將該 DSl8B20 的序列號讀出。 程序可以先跳過 ROM，啟動所有 DSl8B20進行溫度變換，之后通過匹配 ROM，再逐一地讀回每個 DSl8B20 的溫度數(shù)據(jù)。 11 DS18B20 的測溫原理如圖 所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小 ，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器 1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器 2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù) 門打開時， DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量 。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將 55 ℃ 所對應的基數(shù) 分別置入減法計數(shù)器 1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器 1和溫度寄存器被預置在 55 ℃所對 應的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器 1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生 的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器 1的預置值減到 0時溫度寄存器的值將加 1，減法計數(shù)器 1 的預置將重新被裝入，減法計數(shù)器 1重 新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器 2 計數(shù)到 0 時， 停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖 中的斜率累加器用 于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)門仍未關閉就重復上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值 。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重 要 。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初始化 DS18B20（發(fā)復位脈沖 ）→發(fā) ROM 功能命令 → 發(fā)存儲器操作命令 → 處理數(shù)據(jù) [9]。 圖 測溫原理內(nèi)部裝置 減法計數(shù)器 斜坡累加器 減到 0 減法計數(shù)器 預 置 低溫度系數(shù) 振 蕩 器 高溫度系數(shù) 振 蕩 器 計數(shù)比較器 預 置 溫度寄存器 減到 0 12 DS18B20的測溫流程 圖 DS18B20 測溫流程 4 單片機接口設計 設計原則 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， 3 腳接 電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖 所示單片機端口接單線總線，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。本設計 采用電源供電方式， 口接單線總線為保證在有效的DS18B20 時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個 MOSFET 管和 89S51 的 來完成對總線的上拉。當 DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D 變換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為 10 μs。采用寄生電源供電方式是 VDD和 GND 端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送 接收口必須是三 狀態(tài) 的。主機控制 DS18B20 完成溫度轉換必須經(jīng)過 3個步驟： (1) 初始化 ； (2) ROM 操作指令 ； (3) 存儲器操作指令。 引腳連接 引腳連接 晶振電路 單片機 XIAL1 和 XIAL2 分別接 30PF 的電容，中間再并個 12MHZ 的晶振，形成單片機的晶振電路。 串口引腳 P0 口接 9 個 的排阻然后接到顯示電路上。 溫度傳感器 DS18B20 如圖 所初始化 DS18B20 跳過 ROM 匹配 溫度變換 延時 1S 跳過 ROM 匹配 讀暫存器 轉換成顯示碼 數(shù)碼管顯示 13 示。 圖 DS18B20 與單片機的接口電路 和 引腳接繼電器電路的 電阻上， P1 口其他引腳懸空 P2 口中 、 、 、 分別接到顯示電路的 電阻上， 接蜂鳴器電路，其他引腳懸空 P3 口中 、 、 接到按鍵電路 其它引腳 ALE 引腳懸空，復位引腳接到復位電路、 VCC 接電源、 VSS 接地、 EA 接電源。 5 系統(tǒng)整體設計 系統(tǒng)硬件電路設計 主板電路設計 單片機的 接 DS18B20 的 2號引腳， P0 口送數(shù) P2口掃描， 、 控制加熱器和電風扇的繼電器。如附錄 2。 各部分電 路 (1) 顯示電路 顯示電路采用了八段共陰數(shù)碼管掃描電路，節(jié)約了單片機的輸出端口，便于程序的編寫。 14 圖 顯示電路圖 四位數(shù)碼管是一種半導體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。能顯示 4 個數(shù)碼管叫四位數(shù)碼管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按發(fā)光二極管單元連