【文章內(nèi)容簡介】 DS18B20。 DS18B20 是 DALLAS 公司的 最新單線數(shù)字溫度傳感器 ○ 4 ，具有 3 引腳 TO－ 92 小體積封裝形式。測溫分辨率可達 ℃，被測溫度用符號擴展的 16位數(shù)字量方式串行輸出。其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。 CPU 只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路，而且它 體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟 ， DS18B20 是世界上第一片支持 “ 一線總線 ” 接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 它的 測量溫度范圍為 55176。C ～ +125176。C ，在 10～+85176。C 范圍內(nèi) ,精度為 177。176。C 。現(xiàn)場溫度直接以 “ 一線總線 ” 的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量 ○ 5 ，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持 3V~ 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小 。 DS18B20 可以程序設(shè)定 9~12 位的分辨率，精度為 177。176。C ?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在 EEPROM 中，掉電后依然保存。 DS18B20 的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。 DS18B20 的性能是新一代產(chǎn)品中最好的 ， 性能價格比也非常出色 。繼 “ 一線總線 ” 的早期產(chǎn)品后， DS1820 開辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念。DS18B20 和 DS1822 使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟的測溫系統(tǒng) ○ 6 。 總的來說 DS18B20 的主要特征 即 ： 178。 全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。 178。 先進的單總線數(shù)據(jù)通信。 178。 最高 12位分辨率，精度可達土 攝氏度。 178。 12 位分辨率時的最大工作周期為 750 毫秒。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 13 178。 可選擇寄生工作方式。 178。 檢測溫度范圍為 – 55176。C ～ +125176。C ( – 67176。F ～ +257176。F) 178。 內(nèi)置 EEPROM，限溫報警功能。 178。 64 位光刻 ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號，方便多機掛接。 178。 多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng) DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器，即“一線器件”，其具有獨特的優(yōu)點 ： 采用單總線的接口方式 與微處理器連接時 僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 單總線具有經(jīng)濟性好，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，使用方 便等優(yōu)點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 測量溫度范圍寬，測量精度高 DS18B20 的測量范圍為 55176。C ～ +125176。C ，在10～ +85176。C 范圍內(nèi) ,精度為 177。176。C 。 在使用中不需要任何外圍元件。 持多點組網(wǎng)功能多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。 供電方式靈活 DS18B20 可以通過內(nèi)部寄生電路從數(shù)據(jù)線上獲取電源。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)線上的時序滿足一定的要求時，可以不接外部電源，從而 使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。 測量參數(shù)可配置 DS18B20的測量分辨率可通過程序設(shè)定 9~12 位。 負(fù)壓特性 電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 掉電保護功能 DS18B20 內(nèi)部含有 EEPROM ，在系統(tǒng)掉電以后，它仍可保存分辨率及報 警溫度的設(shè)定值 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 14 DS18B20 的管腳排列如下 圖 圖 DS18B20 的管 腳排列 DS18B20 引腳功能： 178。GND 電壓地 178。DQ 單數(shù)據(jù)總線 178。VDD 電源電壓 178。NC 空引腳 18B20 共有三種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是： ROM 只讀存儲器，用于存放 DS18B20ID 編碼，其前 8位是單線系列編 碼（ DS18B20的編碼是 19H） ，后面 48 位是芯片唯一的序列號，最后 8位是以上 56的位的 CRC 碼（冗余校驗）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設(shè)置不由用戶更改。 DS18B20 共 64 位ROM。 RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在 掉電后丟失， DS18B20共 9 字節(jié) RAM，每個字節(jié)為 8位。第 2個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息， 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 15 第 4 個字節(jié)是用戶 EEPROM（常用于溫度報警值儲存）的鏡像。在上電復(fù)位時其值將被刷新。第 5 個字節(jié)則是用戶第 3個 EEPROM 的鏡像。第 8個字節(jié)為計數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元。第 9 個字節(jié)為前 8個字節(jié)的 CRC 碼。 EEPROM 非易失性記憶體用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)， DS18B20 共 3EEPROM，并在 RAM 都存在 鏡像，以方便用戶操作。 DS18B20 有 4個主要的數(shù)據(jù)部件： ① 64位激光 ROM。 64位激光 ROM 從高位到低位依次為 8位 CRC、 48位序 號和 8 位家族代碼 (28H)組成。 ② 溫度靈敏元件。 ③ 非易失性溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL。可通過軟件寫入用戶報警上下限值。 ④ 配置寄存器。配置寄存器為高速暫存存儲器中的第五個字節(jié)。 DS18B20在 0 工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值，其各位定義如圖 所示。 TM R1 R0 1 1 1 1 1 MSB LSB 圖 DS18B20 配置寄存器 結(jié)構(gòu)圖 其中， TM：測試模式標(biāo)志位，出廠時被寫入 0，不能改變； R0、 R1：溫度計分辨率設(shè)置位，其對應(yīng)四種 分 辨率如 下 表所列，出廠時 R0、 R1置為缺省值： R0=1，R1=1（即 12 位分辨率），用戶可根據(jù)需要改寫配置寄存器以獲得合適的分辨率。 配置寄存器與分辨率關(guān)系 如 表 ： 表 配置寄存器與分辨率關(guān)系 R0 R1 溫度計分辨率 /bit 最大轉(zhuǎn)換時間 /us 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 高速暫存存儲器 ○ 7 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 16 高速暫存存儲器由 9個字節(jié)組成，其分配如圖 所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第 0和第 1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如圖所示。對應(yīng)的溫度計算：當(dāng)符號位 S=0 時，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當(dāng) S=1 時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。 溫度低位 溫度高位 TH TL 配置 保留 保留 保留 8 位 CRC LSB MSB 圖 DS18B20 存儲器映像圖 溫度值格式圖 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)表 ： 表 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)表 23 22 21 20 21 22 23 24 MSB LSB S S S S S 26 25 24 典型對應(yīng)的溫度值表 : 表 DS18B20 溫度值表 溫度 /℃ 二進制表示 十六進制表示 +125 + + + 0 55 0000 0111 1101 0000 0000 0001 1001 0001 0000 0000 1010 0010 0000 0000 0000 1000 0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1000 1111 1111 0101 1110 1111 1110 0110 1111 1111 1100 1001 0000 07D0H 0191H 00A2H 0008H 0000H FFF8H FF5EH FE6FH FC90H 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 17 溫度測試電路 DS18B20 最大的特點是 單總線數(shù)據(jù)傳輸方式， DS18B20 的數(shù)據(jù) I/O 均由同一條線來完成 硬件連接電路如圖 ： 圖 溫度測試連接電路 本系統(tǒng)為多點溫度測試。 DS18B20 采用外部供電方式，理論上可以在一根數(shù)據(jù)總線上掛 256 個 DS18B20，但時間應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，如果掛接 25 個以上的 DS18B20仍舊有可能產(chǎn)生功耗問題。另外單總線長度也不宜超過 80M，否則也會影響到數(shù)據(jù)的傳輸。在這種情況下我們可以采用分組的方式，用單片機的多個 I/O 來驅(qū)動多路 DS18B20。 在實際 應(yīng)用中還可以使用一個 MOSFET 將 I/O 口線直接和電源相連，起到上拉的作用。 2. 對 DS18B20 的設(shè)計的注意事項 （ 1）對硬件結(jié)構(gòu)簡單的單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 進行操作，需要用較為復(fù)雜的程序完成。編制程序時必須嚴(yán)格按芯片數(shù)據(jù)手冊提供的有關(guān)操作順序進行，讀、寫時間片程序要嚴(yán)格按要求編寫。尤其在使用 DS18B20 的高測溫分辨力時，對時序及電氣特性參數(shù)要求更高。 （ 2）有多個測溫點時，應(yīng)考慮系統(tǒng)能實現(xiàn)傳感器出錯自動指示，進行自動DS18B20 序列號和自動排序，以減少調(diào)試和維護工作量。 （ 3）測溫電纜線建議采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線， AT89C51 DS18B20 1 DS18B20 2 DS18B20 3 DS18B20 20 VCC=5V 1— WIRE 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 18 另一組接 VCC和地線，屏蔽層在源端單點接地。 DS18B20 在三線制應(yīng)用時，應(yīng)將其三線焊接牢固；在兩線應(yīng)用時，應(yīng)將 VCC與 GND接在一起，焊接牢固。若 VCC脫開未接，傳感器只送 ℃ 的溫度值。 （ 4）實際應(yīng)用時，要注意單線的驅(qū)動能力，不能掛接過多的 DS18B20，同時還應(yīng)注意最遠(yuǎn)接線距離。另外還應(yīng)根據(jù)實際情況選擇其接線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 鍵盤與顯示電路 ⑦ 采用陣列 式輸入，排成 4 行 4 列，總共 16 個按鍵。 16 個按鍵的輸入口為P1， 當(dāng)有鍵按下的時候，通過分別對各行各列進行掃描并查表得出鍵值。這樣可以有效的減少對單片機 I/O 口的占用，使單片機有更多的 I/O 口來實現(xiàn)其他的功能。使單片機的設(shè)計更加靈活有效。 如圖 所示 ,16 個按鍵排列成 4 行 4 列， 4 個行的引線分別同 P1 口的~ 相聯(lián)接， 4個列的引