【文章內(nèi)容簡介】 制作電子鐘，這樣設(shè)計制作簡單而且功能多、精確度高，也可方便擴(kuò)充其他功能，實(shí)現(xiàn)也十分簡單。 利用 宏晶 單片機(jī) STC10F08XE 作為本系統(tǒng)的中控模塊。單片機(jī)可把由 DS1302 時鐘芯片傳來的 數(shù)據(jù) ，經(jīng)過轉(zhuǎn)換，寫入 顯示模塊，實(shí)現(xiàn)日歷、 時鐘 顯示。在顯示電路中，主要靠按鍵來實(shí)現(xiàn) 調(diào)時，計時器，鬧鐘等功能 。 系統(tǒng)模塊圖 系統(tǒng)模塊圖如圖 1 所示。 圖 1 系統(tǒng)模塊 9 5 原理分析與硬件電路圖 DS18B20 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有 LTM8877， LTM8874 等等。主要根據(jù)應(yīng)用場合的不同而改變其外觀。封裝后的 DS18B20 可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機(jī)房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。 技術(shù)性能描述 (1) 獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 (2) 測溫范圍 － 55℃ ～ +125℃ ，固有測溫分辨率 ℃ 。 (3) 支 持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián) 8 個，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定。 (4) 工作電源 : 3~5V/DC。 (5) 在使用中不需要任何外圍元件 。 (6) 測量結(jié)果以 9~12 位數(shù)字量方式串行傳送 。 (7) 不銹鋼保護(hù)管直徑 Φ6 。 (8) 適用于 DN15~25, DN40~DN250 各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫 。 (9) 標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋 M10X1, , G1/2” 任選 。 (10) PVC 電纜直接出線或德 式球型接線盒出線 ,便于與其它電器設(shè)備連接。 應(yīng)用范圍 (1) 該產(chǎn)品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機(jī)房，電力機(jī)房，電纜線槽等測溫和控制領(lǐng)域 。 (2) 軸瓦，缸體，紡機(jī)，空調(diào)，等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制。 (3) 汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。 (4) 供熱 /制冷管道熱量計量，中央空調(diào)分戶熱能計量和工業(yè)領(lǐng)域測溫和控制 。 10 DS18B20 的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 的外形及管腳排列如下圖 所示。 圖 2 DS18B20 外形及管腳圖 DS18B20 溫度傳感器特性： (1) 適應(yīng)電壓范圍寬，電壓范圍在 ～ ，在寄生電 源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。 (2) 獨(dú)特的單線接口方式，它與微處理器連接時僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通信。 (3) 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫。 (4) 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路中。 (5) 測溫范圍 — 55℃～ +125℃，在 — 10℃～ +85℃時精確度為177。 ℃。 (6) 可編程分辨率為 9～ 12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃， ℃， ℃和 ℃，可實(shí)現(xiàn)高 精度測溫。 (7) 在 9 位分辨率時，最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時，最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，顯然速度更快。 (8) 測量結(jié)果直接輸出數(shù)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(qiáng)的抗干擾糾錯能力。 (9) 負(fù)壓特性。電源極性接反時，芯片不會因為發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20 引腳介紹 ,DS18B20 實(shí)物如圖 3和圖 4所示。 11 圖 3 DS18B20實(shí)物圖 圖 4 DS18B20引腳圖 DS18B20 引腳定義： (1)I/O 為數(shù)字信號輸入 /輸出端； (2)GND 為電源地； (3)VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地） 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)的溫度報警觸發(fā)器TH和 TL、配置寄存器 ，如圖 5 所示 。 圖 5 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 該裝置信號線高的時候，內(nèi)部電容器 儲存能量通由 1線 通信線路 給片子供電，而且在 低電平期間為片子供電直至下一個高電平的到來重新充電。 DS18B20 的電源也可以從外部 3V5 .5V 的電壓得到。 DS18B20 采用一線通信接口。因為一線通信接口，必須在先完成 ROM設(shè)定，否則記憶和控制功能將無法使用。主要首先提供以下功能命令之一： (1) ROM； (2) ROM 匹配 ； (3) 搜索 ROM； (4) 跳過 ROM； 12 (5) 報警檢查。這些指令操作作用在沒有一個器件的 64 位光刻 ROM 序列號，可以在掛在一線上多個器件選定某一個器件，同時，總線也可以知道總線上掛有有多少，什么樣的設(shè)備 。 若指令成功地使 DS18B20 完成溫度測量，數(shù)據(jù)存儲在 DS18B20 的存儲器。一個控制功能指揮指示 DS18B20 的演出測溫。測量結(jié)果將被放置在 DS18B20 內(nèi)存中，并可以讓閱讀發(fā)出記憶功能的指揮，閱讀內(nèi)容的片上存儲器。溫度報警觸發(fā)器 TH 和TL都有一字節(jié) EEPROM 的數(shù)據(jù)。如果 DS18B20 不使用報警檢查指令，這些寄存器可作為一般的用戶記憶用途。在片上還載有配置字節(jié)以理想的解決溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換。寫TH,TL 指令以及配置字節(jié)利用一個記憶功能的指令完成。通過緩存器讀寄存器。所有數(shù)據(jù)的讀，寫都是從最低位開始。 DS18B20 工作原理 DS18B20 的讀寫時序和測溫原理與 DS1820 相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由 2s 減為 750ms。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器 1。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器 2 的脈沖輸入。計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃ 所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器 1 對 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，計數(shù)器 1 的 預(yù)置將重新被裝入，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(jìn)行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(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 4中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器 1 的預(yù)置值。 DS1302S 時鐘芯片 DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充電時鐘芯片 ,內(nèi)含有一個實(shí)時時鐘 /日歷和 31 字節(jié)靜態(tài) RAM,通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信實(shí)時時鐘 /日歷電路 .提供秒分時日日期 .月年的信息 ,每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整 時鐘操作可通過 AM/PM 指示決定采用 24 或 12 小時格式 .DS1302 與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信 ,僅需用到三個口線 :1 RES 復(fù)位 ,2 I/O 數(shù)據(jù)線 ,3 SCLK 串行時鐘 .時鐘 /RAM 的讀 /寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達(dá) 31 個字節(jié)的字符組方式通信 .DS1302 工作時功耗很低 ,保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于 是由 DS1202 改進(jìn)而來 ,增加了以下的特性 .雙電源管腳用 13 于主電源和備份電源供應(yīng) Vcc1,為可編程涓流充電電源附加七個字節(jié)存儲器 .它廣泛應(yīng)用于電話傳真便攜式儀 器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域 . 獨(dú)特的一線接口，只需要一條口線通信，多點(diǎn)能力，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用 ,無需外部元件 ,可用數(shù)據(jù)總線供電 ,電壓范圍為 V 至 V ,無需備用電源 ,測量溫度范圍為 55 ℃至 +125 ℃ ,華氏相當(dāng)于是 67 176。 F到 257 華氏度 10 ℃至 +85℃范圍內(nèi)精度為177。 ℃。 溫度傳感器可編程的分辨率為 9~12位 ,溫度轉(zhuǎn)換為 12位數(shù)字格式最大值為 750毫秒，用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置 ,應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)電子產(chǎn)品溫度計，或任何熱敏感系統(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)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。該裝置信號線高的時候，內(nèi)部電容器 ,儲存能量通由 1 線通信線路給片子供電，而且在低電平期間為片子供電直至下一個高電平的到來重新充電。 DS18B20 的電源也可以從外部 的電壓得到。 DS18B20 采用一線通信接口。因為一線通信接口，必須在先完成 ROM 設(shè)定，否則記憶和控制功能將無法使用。主要首先提供以下功能命令之一： 1）讀 ROM； 2） ROM 匹配； 3）搜索 ROM； 4）跳過 ROM； 5）報 警檢查。這些指令操作作用在沒有一個器件的 64 位光刻ROM 序列號，可以在掛在一線上多個器件選定某一個器件，同時，總線也可以知道總線上掛有有多少，什么樣的設(shè)備。 若指令成功地使 DS18B20 完成溫度測量，數(shù)據(jù)存儲在 DS18B20 的存儲器。一個控制功能指揮指示 DS18B20 的演出測溫。測量結(jié)果將被放置在 DS18B20 內(nèi)存中，并可以讓閱讀發(fā)出記憶功能的指揮，閱讀內(nèi)容的片上存儲器。溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL 都有一字節(jié)EEPROM 的數(shù)據(jù)。如果 DS18B20 不使用報警檢查指令，這些寄存器可作為一般的用戶記憶用途。在片上 還載有配置字節(jié)以理想的解決溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換。寫 TH,TL 指令以及配置字節(jié)利用一個記憶功能的指令完成。通過緩存器讀寄存器。所有的數(shù)據(jù)都讀，寫都是從最低位開始。 DS18B20 有 4 個主要的數(shù)據(jù)部件： （ 1）光刻 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。 64位光刻 ROM 的排列是：開始 8 位（ 28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的 48 位是該 DS18B20自身的序列號，最后 8位是前面 56位的循環(huán)冗余校驗碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。光刻 ROM 的作用是使每一個 DS18B20 都各不 相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個 14 DS18B20 的目的。 （ 2） DS18B20 中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以 12位轉(zhuǎn)化為例：用 16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 ℃ /LSB 形式表達(dá)，其中 S 為符號位。 DS18B20 的存儲器包括高速暫存器 RAM 和可電擦除 RAM，可電擦除 RAM 又包括溫度觸發(fā)器TH和 TL，以及一 個配置寄存器。存儲器能完整的確定一線端口的通訊，數(shù)字開始用寫寄存器的命令寫進(jìn)寄存器，接著也可以用讀寄存器的命令來確認(rèn)這些數(shù)字。當(dāng)確認(rèn)以后就可以用復(fù)制寄存器的命令來將這些數(shù)字轉(zhuǎn)移到可電擦除 RAM 中。當(dāng)修改過寄存器中的數(shù)時，這個過程能確保數(shù)字的完整性。 高速暫存器 RAM 是由 8 個字節(jié)的存儲器組成；第一和第二個字節(jié)是溫度的顯示位。第三和第四個字節(jié)是復(fù)制 TH 和 TL，同時第三和第四個字節(jié)的數(shù)字可以更新；第五個字節(jié)是復(fù)制配置寄存器，同時第五個字節(jié)的數(shù)字可以更新；六、七、八三個字節(jié)是計算機(jī)自身使用。用讀寄存器的命令能讀出第 九個字節(jié)，這個字節(jié)是對前面的八個字節(jié)進(jìn)行校驗。 DS1302 的結(jié)構(gòu)及工作原理 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進(jìn)行計時，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 ～。采用三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM 數(shù)據(jù)。 DS1302 內(nèi)部有一個 31 8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器。 DS1302是 DS1202 的升級產(chǎn)品，與 DS1202 兼容，但增加了主電源 /后背電源雙 電源引腳，同時提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。 引腳功能及結(jié)構(gòu) DS1302 的引腳功能排列及描述如下圖 6 所示 。 圖 6 DS1302 引腳圖 管腳描述 ： X1 X2 晶振管腳 。 GND 地 。 15 RST 復(fù)位腳 。 I/O 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳 。 SCLK 串行時鐘 。 Vcc1,Vcc2 電源供電管腳 。 DS1302 串行時鐘芯片 8 腳 DIP。 DS1302S 串行時鐘芯片 8 腳 SOIC 200mil。 DS1302Z 串行時鐘芯片 8 腳 SOIC 150mil。 DS1302 內(nèi)部寄存器 ： CH: 時鐘停止位 存器 2 的第 7 位 12/24 小時標(biāo)志 。 CH=0 振蕩器工作允許 bit7=1,12 小時模式