【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 快 ； （ 9）用戶可定義報(bào)警設(shè)置，可分別設(shè)定溫度報(bào)警的上下限； （ 10）報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度 (溫度報(bào)警條件 )的器件； （ 11） 測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以 一線總線 串行傳送給 CPU，同時(shí)可傳送 CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力 ； （ 12）負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 以上特點(diǎn)使 DS18B20 非 常適用與多點(diǎn)、遠(yuǎn)距離溫度檢測(cè)系統(tǒng)。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 DS18B20 的管腳排列、各種封裝形式如圖 所示。其中， DQ 為 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳 ，也可用作 開(kāi)漏單總線接口引腳 ， 當(dāng)被用在寄生電源 工作方式 下，可以向器件提供電源 ； GND 為 地信號(hào) ；VDD 為 可選擇的 電源 引腳 ， 當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。 其電路圖 所示。 圖 DS18B20 封裝圖 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 內(nèi) 部結(jié)構(gòu)主要由寄生電源、溫度傳感器、 64 位激光 ROM 單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器 (內(nèi)含便箋式 RAM)，用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值的 TH 和 TL觸發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、 8 位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼 (CRC)發(fā)生器等七部分。其結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 溫度傳感器 DS18B20 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 EERAM。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 8 字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 高速暫存 RAM 結(jié)構(gòu)圖 其中，前 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。 暫存存儲(chǔ)器的第 5 個(gè)字節(jié)是配置寄存器，可以通過(guò)相應(yīng)的寫(xiě)命令進(jìn)行配置，其下表 如下： 0 R1 R0 1 1 1 1 1 1 MSB LSB 表 DS18B20 字節(jié)定義 其中 R0 和 R1 是溫度值分辨率位，由此可見(jiàn)，分辨率越高，所需的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)。 高速暫存 RAM 的第 8 字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯 1。第 9 字節(jié)讀出前面所有 8 字節(jié)的 CRC 碼，可用來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。 DS18B20 的測(cè)溫原理 DS18B20 的測(cè)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(hào)送給減法計(jì)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(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開(kāi)時(shí)， DS18B20 就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量 .計(jì) 數(shù)門的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將 55℃ 所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在 55℃ 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。 減法計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時(shí)溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入 ,減法計(jì)數(shù)器 1 重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù) ,如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫圖 2 中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中 的非線性其輸出用，于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值，這就 是 DS18B20 的測(cè)溫原理。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時(shí)完成的， 它 有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì) DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化 DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖） → 發(fā) ROM 功能命令 → 發(fā)存儲(chǔ)器操作命令 →處理數(shù)據(jù)。 圖 測(cè)溫原理圖 在正常測(cè)溫情況下， DS1820 的測(cè)溫分辨力為 ℃，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果：首先用 DS1820 提供的讀暫存器指令（ BEH）讀出以 ℃為分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果，然后切去測(cè)量結(jié)果中的最低有效位（ LSB），得到所測(cè)實(shí)際溫度的整數(shù)部分 Tz，然后再用 BEH 指令取計(jì)數(shù)器 1 的計(jì)數(shù)剩余值 Cs 和每度計(jì)數(shù)值 CD?？紤]到 DS1820 測(cè)量溫度的整數(shù)部分以 ℃、 ℃為進(jìn)位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度 Ts 可用下式計(jì)算： Ts=（ ℃） +(CDCs)/CD 溫度采集電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的溫度采集電路如圖 所示。 圖 溫度采集電路圖 溫度顯示電路 設(shè)計(jì) 顯示電路采用 4 個(gè)段 7 共陰極 LED 數(shù)碼管，從 P1 口并行輸出溫度段碼，用～ 四個(gè)端口輸出選擇脈沖，控制數(shù)碼管的點(diǎn)亮。其具體電路圖如圖 所示。 圖 溫度采集電路圖 其工作過(guò)程如下： 并行數(shù)據(jù)由 P1 口送至 4 個(gè)數(shù)碼管。 這時(shí) 、 、 、 輪流輸出低電平， LED 數(shù)碼管依次被點(diǎn)亮，顯示 P1 傳送來(lái)的數(shù)據(jù)。 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于 DS18B20 的使用。 DS18B20 屬于單線式器件，它在一根數(shù)據(jù)線上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向 傳輸，這就需要一定的協(xié)議，來(lái)對(duì)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)提出嚴(yán)格的時(shí)序要求，而 AT89C51 單片機(jī)并不支持單線傳輸，因此必須采用軟件的方法來(lái)模擬單線的協(xié)議時(shí)序。 數(shù)據(jù)處理 DS18B20 要求有嚴(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、寫(xiě)“ 0”、寫(xiě)“ 1”、讀“ 0”和讀“ 1”幾種型號(hào)類型，其中除了應(yīng)答脈沖以外，均有主機(jī)產(chǎn)生。 DS18B20 的 初始化 時(shí)序 在初始化序列期間，總線控制器拉低總線并保持 480us 以發(fā)出一個(gè)復(fù)位脈沖，然后釋放總線，進(jìn)入接收狀態(tài)，單總線由 。當(dāng) DS18B20測(cè)探到 I/O 引腳上的上升沿后，等待 15~60us，然后發(fā)出一個(gè)由 60~240us 低電平信號(hào)構(gòu)成的存在脈沖，具體時(shí)序見(jiàn)圖 所示。 圖 DS18B20 的 初始化 時(shí)序 DS18B20 的讀時(shí)序 圖 DS18B20 的讀時(shí)序 如上圖 所示，對(duì)于 DS18B20 的讀時(shí)序分為讀 0 時(shí)序和讀 1 時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。所有讀時(shí)序在完成一個(gè)讀時(shí)序過(guò)程，至少需要 60us 才能完成。包括兩周期之間至少保持 1us，然后總線被釋放。在總線控制器發(fā)出讀時(shí)序后， DS18B20 通過(guò)拉高或拉低總線來(lái)傳輸 1 或 0 結(jié)束后，總線被釋放，通過(guò)上拉電阻回到上升沿狀態(tài)。從 DS18B20 輸出的數(shù)據(jù)在讀時(shí)序的下降沿出現(xiàn)后 15us 內(nèi)有效。因此，總線控制器在讀時(shí)序開(kāi)始后必須停止吧 I/O 腳驅(qū)動(dòng)為低點(diǎn)平 15μ s，以讀取 I/O 腳狀態(tài)。 圖 DS18B20 的 寫(xiě) 時(shí)序 如上圖 所示，對(duì)于 DS18B20 的寫(xiě)時(shí)序也分為寫(xiě) 0 時(shí)序和寫(xiě) 1 時(shí)序兩個(gè)過(guò)程?？偩€控制器要產(chǎn)生一個(gè)寫(xiě)時(shí)序，必須將數(shù)據(jù)線拉到低電平然后釋放，在寫(xiě)時(shí)序開(kāi)始后的 15us 釋放總線。當(dāng)總線被釋放時(shí)， 5kΩ 的上拉電阻將拉高 總線。以讓 DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。 DS18B20 在完成一個(gè)讀時(shí)序過(guò)程，至少需要 60us 才能完成。 程序流程 主程序流程圖 主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理 DS18B20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每 1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，其程序流程見(jiàn)圖 。 圖 主程序流程 復(fù)位應(yīng)答子程序流程 如圖 所示，所有操作都必須由初始化脈沖開(kāi)始，單片機(jī)先輸出一個(gè) 480～960us 低電平到 DQ 引腳，再將 DQ 引腳置高電平，過(guò) 15～ 60us 后檢測(cè) DQ 引腳狀態(tài)，若為低電平則 DS18B20 工作正常，否則初始化失敗，不能正常測(cè)量溫度。 初 始 化D Q = 0延 時(shí) 4 8 0 ～ 9 6 0 ｕ ＳD Q = １D Q = 0 ？返 回F L A G = 0延 時(shí) 2 4 0 u SF L A G = 1NY延 時(shí) 2 u SD Q = 1D Q = 1F L A G = 1YN 圖 復(fù)位應(yīng)答子程序流程 讀取溫度子程序流程 如圖 所示，讀取溫度子程序的主要功能是讀出 RAM 中的 9 字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行 CRC 校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫(xiě)。 初 始 化讀 取 溫 度 數(shù) 據(jù)寫(xiě) 0 C C H ， 跳 過(guò) R O M 檢 測(cè)寫(xiě) 0 B E H ， 度 暫 存讀 操 作返 回初 始 化寫(xiě) 0 C C H ， 跳 過(guò) R O M 檢 測(cè)寫(xiě) 4 4 H ， 轉(zhuǎn) 換 命 令顯 示 圖 讀取溫度子程序 寫(xiě)入子程序流程 如圖 ，單片機(jī) DS18B20接受 CPU的命令。 開(kāi) 始D Q = 1D Q = 0延 時(shí) 1 5 u SA 帶 C 右 移 一 位D Q = C延 時(shí) 6 0 u S返 回循 環(huán) 8 次 ？NY 圖 寫(xiě)入子程序流程 系統(tǒng)總流程 如圖 所示，設(shè)置上下限的溫度值，如 S1 是上限的加 1 鍵設(shè)置按鍵， S2是下限的加 1 鍵設(shè)置按鍵， S3 是上限的減 1 鍵設(shè)置按鍵， S4 是下限的加減 1 鍵設(shè)置按鍵，并根據(jù)指令的不同使不同單片機(jī)作出不同的動(dòng)作，并通過(guò)數(shù)碼管顯示所測(cè)溫度。 圖 系統(tǒng)總流程 第五章 系統(tǒng)整合調(diào)試 調(diào)試方法：寫(xiě)好一段程序后不能急于上機(jī)調(diào)試，而是先進(jìn)行邏輯分析、可行性分析。用 Keilμ Vision 2 軟件進(jìn)行調(diào)試，不能出現(xiàn)錯(cuò)誤，警告可以有，只要不影響生成 HEX 文件即可。理解其實(shí)現(xiàn)的功能，預(yù)想程序應(yīng)該出現(xiàn)的結(jié)果。先進(jìn)行軟件仿真，出現(xiàn)錯(cuò)誤馬上修改，不斷進(jìn)行。先一個(gè)模塊一個(gè)模塊的仿真，準(zhǔn)確后再連線總體仿真。仿真完后出現(xiàn)預(yù)期的效果后再下載程序到硬件進(jìn)行驗(yàn)證，往往還有問(wèn)題，還得反復(fù)修改，編譯，調(diào)試，下載，驗(yàn)證?？梢砸粋€(gè)模塊一個(gè)模塊的下載調(diào)試這樣就可以知道問(wèn)題的所在。采用 Proteus 和 Keil 結(jié)合仿真的可以大大簡(jiǎn)化軟、硬件電路的設(shè)計(jì)過(guò)程。 硬件調(diào)試 Proteus 是英國(guó) L