【文章內容簡介】 全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內 （ 4） 適應電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數據線供電 （ 5） 測 溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 時精度為 177。 ℃ （ 6） 可編程的分辨率為 9～ 12位，對應的可分辨溫度分別為 ℃ 、℃ 、 ℃ 和 ℃ ，可實現(xiàn)高精度測溫 （ 7） 在 9位分辨率時最多在 ， 12位分辨率時最多在 750ms內把溫度值轉換為數字，速度更快 （ 8） 測量結果直接輸出數字溫度信號，以 一線總線 串行傳送給CPU，同時可傳送 CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 DS18B20內部結構 DS18B20內部結構主要由四部分組成： 64位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH和 TL、配置寄存器。 圖 23為 DS18B20的內部框圖，它主要包括 寄生電源 、 溫度傳感器 、64位激光 ROM單線接口 、 存放中間數據的高速暫存器 （內含便箋式 RAM），河南理工大學萬方科技學院畢業(yè)設計 8 用于存儲用戶設定的溫度上下限值的 TH和 TL觸發(fā)器存儲與控制邏輯、 8位循環(huán)冗余校驗碼（ CRC）發(fā)生器 等七部分 ,如圖 23所示。 圖 23 DS18B20內部結構框圖 DS18B20測溫原理 DS18B20的測溫原理如圖 24所示，圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器 1，高溫度系數晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器 2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數門，當計數門打開時， DS18B20就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖進行計數，進而完成溫度測量 .計數門的開啟時間由高溫度系數 振蕩器來決定，每次測量前，首先將 55 ℃所對應的基數分別置入減法計數器 1和溫度寄存器中，減法計數器 1和溫度寄存器被預置在 55 ℃ 所對應的一個基數值。 減法計數器 1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當減法計數器 1的預置值減到 0時溫度寄存器的值將加 1，減法計數器 1的預置將重新被裝入 ,減法計數器 1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號 64 位 ROM 和 單 線 接 口 存儲器與控制邏輯 高 速 緩 存 溫度控制器 溫度控制器 溫度控制器 溫度控制器 溫度控制器 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè)設計 9 進行計數 ,如此循環(huán)直到減法計數器 2計數到 0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫圖 2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 減法計數器的預置值，只要計數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，這就 是 DS18B20的測溫原理。 如圖 24所示。 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 → 處理數據。 圖 24 DS18B20測溫原理圖 斜率累加器 比較 預置 溫度寄存器 計數器 =0 預置 低溫度系數振蕩器 計數器 2 =0 高溫度系數振蕩器 Tx 停止 τ 1 τ 2 加 1 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè)設計 10 DS18B20工作時序 圖 25為時序圖中各總線狀態(tài)。 圖 25工作時序圖 （１） 初始化 （時序圖見圖 26） 。 圖 26 初始化時序圖 ① 先將數據線置高電平 1。 ② 延時（改時間要求不是很嚴格，但是要盡可能短一點）。 ③ 數據線拉到低電平 0. ④ 延時 750us（改時間范圍可以在 480960us）。 ⑤ 數據線拉到高電平 1。 ⑥ 延時等待。如果初始化成功則在 1560ms 內產生一個有 DS18B20 返回的低電平 0,據該狀態(tài)可以確定它的存在。但是應注意不能無 限的等待，不然會使程序進入死循環(huán)，所以要進行超時判斷。 ⑦ 若 CPU 讀到數據線上的低電平 0 后，還要進行延時，其延時的時間從發(fā)出高電平算起（第 5 步的時間算起）最少要 480us。 ⑧ 將數據線再次拉到高電平 1 后結束。 總線控制器低電平 DS18B20 低電平 總線控制器和 DS18B20 同為低電平 電阻上拉 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè)設計 11 （２） DS18B20 寫數據 ① 數據線先置低電平 0。 ② 延時確定的時間為 15us。 ③ 按從低位到高位的順序發(fā)送數據（一次只發(fā)送一位）。 ④ 延時時間為 45us。 ⑤ 將數據線拉到高電平 1。 ⑥ 重復① ⑤步驟，直到發(fā)送完整個字節(jié)。 ⑦ 最后將數據線拉到高電平 1。 （３） DS18B20 讀數據 ① 將數據線拉到高電平 1。 ② 延時 2us。 ③ 將數據線拉低到 0。 ④ 延時 6us。 ⑤ 將數據線拉高到 1。 ⑥ 延時 4us。 ⑦ 讀數據線的狀態(tài)得到一個狀態(tài)位，并進行數據處理。 ⑧ 延時 30us。 ⑨ 重復① ⑦步驟，直到讀完一個字節(jié)。 硬件電路設計 測溫電路 本設計采用 DS18B20溫度傳感器作為溫度采集電路核心部件。DS18B20是美國 DALLAS 半導體公司推出的第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優(yōu)點，可 直接將溫度轉化成串行數字信號供處理器 處 理。 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè)設計 12 目前常用的單片機與外設之間進行數據傳輸的串行總線主要有 I178。C 總線以同步串行二線方式進行通信（一條時鐘線，一條數據線）， SPI總線則以同步串行三線方式進行通信（一條時鐘線，一條數據輸入線，一條數據輸出線），而 SCI 總線是以異步方式進行通信的（一條數據輸入線，一條數據輸出線）。這些總線至少需要兩條或兩條以上的信號線，而 DS18B20使用的單總線技術與上述總線不同，它采用單條信號線， 既 可傳輸時鐘，又可傳輸數據，而且數據傳輸是雙向的，因而單總線技術具有線路簡單，硬件開 銷少，成本低廉，便于總線擴展和維護等優(yōu)點。單總線 適用于 單主機系統(tǒng)，能夠控制一個或多個從機設備。主機可以是微控制器，從機可以是單總線器件，他們之間的數據交換只通過一條信號線。當只有一個從機設備時，系統(tǒng)可按單節(jié)點系統(tǒng)操作；當有從機設備時，系統(tǒng)則按多節(jié)點系統(tǒng)操作。設備（主機或從機）通過一個漏極開路或三態(tài)端口連至該數據線，以允許設備在不 發(fā)送數據時能夠釋放出總線，而讓其他設備使用總線。單總線要求外接 。本設計系統(tǒng)的溫度采集電路圖如圖 27所示 [3]。 圖 27 測溫電路 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè)設計 13 由圖可以看出， DS18B20 和單片機的連接非常簡單，單片機只需要一個 I/O 口就可以控制 DS18B20。這個圖的接法是單片機 與 一個 DS18B20 通信，如果要控制多個 DS18B20 進行溫度采集，只要將所有的 DS18B20 的I/O 口全部連在一起就可以了。在具體操作時，通過讀取每個 DS18B20 內部芯片的序列號來識別。本系統(tǒng)僅操作一個 DS18B20 進行溫度采集。 顯示電路 單片機應用系統(tǒng)中，通常都需要進行人機對話，這包括人對應用系統(tǒng)的狀態(tài)干預與數據輸入，以及應用系統(tǒng)向人們顯示運行狀態(tài)與運行結果等。 LED 顯示 電路由段驅動電路和位驅動電路組成。由于單片機的并行口不能驅動 LED 顯示器，必須采用專門的驅動電路芯片，使之產生足夠大的電流，顯示器才能正常工作。如果驅動電路能力差，即負載能力不夠，顯示器亮度就低，而且驅動電路長期在超負荷下運行容易損壞。 LED 顯示器的顯示控制方式分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種，若選擇靜態(tài)顯示，則 LED 驅動器的選擇較為簡單，只要驅動器的驅動能力與顯示器的電流相匹配即可；動態(tài)顯示則不同，由于一位數據的顯示是由段和位選信號共同配合完成的，因此，要同時考慮段和位的驅動能力，而且段的驅動能力決定位 的驅動能力 [4]。 數碼管位選代碼如圖 28所示。 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè)設計 14 管腳數 顯示 dp g f e d c b a 十六進制數 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0C0H 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0F9H 2 1 0 1 0 0 1 0 0 0A4H 3 1 0 1 1 0 0 0 0 0B0H 4 1 0 0 1 0 0 1 0 99H 5 1 0 0 1 0 0 1 0 92H 6 1 0 0 0 0 0 1 0 82H 7 1 1 1 1 1 0 0 0 0F8H 8 1 0 0 0 0 0 0 0 80H 9 1 0 0 1 0 0 0 0 90H 圖 28 數碼管位選代碼 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè)設計 15 報警電路 當溫度超過設定溫度時，實現(xiàn)聲光報警，蜂鳴器鳴叫、二極管閃爍。蜂鳴器由單片機 P3~7口控制，用三極管驅動，電路如圖 29所示 [5]。 圖 29 報警電路 降溫、加熱電路 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于