【文章內(nèi)容簡介】 DS18B20 作為溫度測量裝置己廣泛應(yīng)用于人民的日常生活和 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 （一） DS18B20 簡介 DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 簡介新的 一線器件 體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì) Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820 是世界上第 2章 總體 方案設(shè)計 與論證 13 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(jì)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。 DS18B DS1822 一線總線 數(shù)字化溫度傳感器 同 DS1820 一樣， DS18B20 也 支持 一線總線 接口，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。 DS1822 的精度較差為 177。 2176。C ?，F(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 。 與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 912 位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在 和750ms 內(nèi)完成 9 位和 12 位的數(shù)字量，并且從 DS18B20 讀出的信息或?qū)懭隓S18B20 的信息僅需要一根口線 (單線接口 )讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的 DS18B20 供電，而無需額外電源。因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。同時其“一線總線”獨特而且經(jīng)濟(jì)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)建引入了全新的概念?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，用符號擴(kuò)展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。因此，數(shù)字化單總線器件 DS18B20 適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較都有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來了更方便和更令人滿意的效果。可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng) 域的溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。 （二） DS18B20 的性能特點和管腳排列 (1）采用獨特的單線接口方式與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與的雙向通訊。 （ 2）在使用中不需要任何外圍元件。 （ 3）可用數(shù)據(jù)線供電，供電電壓范圍 +～﹢ 。 （ 4）測溫范圍－ 55℃～﹢ 125℃。固有測溫分辨率為177。 ℃。當(dāng)在－ 10℃ ～ +85℃范圍內(nèi)，可確保測量誤差不超過 ℃，在－ 55℃～﹢ 125℃范圍內(nèi)，測量誤差也不超過 2℃。 （ 5）通過編程可實現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字讀 數(shù)方式。 （ 6）用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值。 （ 7）支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。 （ 8）負(fù)壓特性，即具有電源反接保護(hù)電路。當(dāng)電源電壓的極性反接時，能保護(hù)電子科技大學(xué)成都學(xué)院課程設(shè)計論文 14 DS18B2不會因發(fā)熱而燒毀。但此時芯片無法正常工作。 （ 9） DS18B20 的轉(zhuǎn)換速率比較高，進(jìn)行 9 位的溫度轉(zhuǎn)換僅需 。 （ 10）適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)。 （ 11）內(nèi)含 64 位激光修正的只讀存儲 ROM，扣除 8 位產(chǎn)品系列號和 8 位循環(huán)冗余校驗碼（ CRC）之后，產(chǎn)品序號占 48 位。出廠前產(chǎn)品 序號存入其 ROM 中。在構(gòu)成大型溫控系統(tǒng)時，允許在單線總線上掛接多片 DS18B20。 的管腳排列 DS18B20 采用腳封裝或腳封裝。其管腳排列見下圖 I/0 為數(shù)據(jù)輸入輸出端 (即單線總線 )，它屬漏極開路輸出，外接上拉電阻后，常 下呈高電平。 UDD 是可供選用的外部電源端，不用時接地， GND 為地， NC 空腳。 LED 數(shù)碼管部分簡介 在日常生活中，我們對 LED數(shù)碼管并不陌生。 LED 數(shù)碼管已作為很多電子產(chǎn)品的通用器件，如在儀表、汽車、機(jī)械電子及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到。 在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、 LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和 LED 數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡單。 LED數(shù)碼管簡介 LED數(shù)碼管分共陽極與共陰極兩種，其工作特點是，當(dāng)筆段電極接低電平，公共陽極接高電平時，相應(yīng)筆段可以發(fā)光。共陰極 LED數(shù)碼管則與之相反，它是將發(fā)光二極管的陰極 (負(fù)極 )短接后作為公共陰極。當(dāng)驅(qū)動信號為高電平、 ?端接低電平時，才能發(fā)光。 LED的輸出光譜決定其發(fā)光顏色以及光輻射純度，也反映出半導(dǎo)體第 2章 總體 方案設(shè)計 與論證 15 材料的特性。 LED數(shù)碼管等效于多只具有發(fā)光性能的 PN結(jié)。當(dāng) PN結(jié)導(dǎo)通時，依靠少數(shù)載流子的注人及隨后的復(fù)合而輻射發(fā)光，其伏安特性與普通二極管相似。在正向?qū)ㄖ埃螂娏鹘朴诹?，筆段不發(fā)光。當(dāng)電壓超過開啟電壓時，電流就急劇上升，筆段發(fā)光。因此， LED數(shù)碼管屬于電流控制型器件，其發(fā)光亮度 L(單位是 cd／ m2)與正向電流 IF有關(guān)，用公式表示： L=KIF即亮度與正向電流成正比。 LED的正向電壓 U，則與正向電流以及管芯材料有關(guān)。使用 LED數(shù)碼管時，工作電流一般選 10mA左右／段，既保證亮度適中，又不會損壞器件。 （一） LED數(shù)碼管的基本參數(shù)和引腳功能 LED 數(shù)碼管正向壓降一般為 ～ 2V，額定電流為 10mA，最大電流為 40mA。本設(shè)計采用 4位一組共陽 LED 數(shù)碼管，用 P1來控制數(shù)碼管的短選和 p2 口控制位選位選，其管腳分配和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，見下圖： LED 共陽數(shù)碼管管腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 因為共陰、共陽極數(shù)碼管電平控制存在區(qū)別，所以其編碼方式不一樣，其具體編碼見下表。 共陰、共陽數(shù)碼管編碼方式 顯示字符 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 共陽極 0xc0 0xf9 0xa4 0xb0 0x99 0x92 0x82 0xf8 0x80 0x90 共陰極 0x3f 0x06 0x5b 0x4f 0x66 0x6d 0x7d 0x07 0x7f 0x6f 電子科技大學(xué)成都學(xué)院課程設(shè)計論文 16 第 3章 溫度采集器的硬件設(shè)計 電路設(shè)計 圖 31 溫度采集器原理圖 本設(shè)計主要由單片機(jī)、溫度采集器、 LED 數(shù)碼管顯示等部分組成。溫度采集器用來采集溫度并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識別的數(shù)據(jù)，然后再四位數(shù)碼管 上顯示出測量到的溫度。 系統(tǒng)的硬件部分由電源輸入部分、溫度采集部分、復(fù)位部分、時鐘電路部分、顯示部分組成。系統(tǒng)原理圖如圖 31 所示 。 第 4 章 溫度采集器 的軟件設(shè)計 17 單片機(jī)最小系統(tǒng) 圖 32 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖 52 系列單片機(jī)中典型芯片（ STC89C52）采用 40 引腳雙列直插封裝（ DIP）形式，內(nèi)部由 CPU、 8KB 的 ROM、 512B 的 RAM、 2 個 16B 的定時 /計數(shù)器 TO 和T 4 個 8b 的 I/O 端口（ P0、 P P P3）、一個全雙功串行通信口等組成。 圖 33 STC89C52 引腳圖 電子科技大學(xué)成都學(xué)院課程設(shè)計論文 18 圖 35 時鐘電路電路圖 圖 36 復(fù)位電路電路圖 52 系列單片機(jī)為 許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。充分利用他的片內(nèi)資源，即可在較少外圍電路的情況下構(gòu)成功能完善的 溫度采集器系統(tǒng) 。 顯示 電路 顯示電路是采用 4位共 陰 LED 數(shù)碼管，利用動態(tài)掃描方式，從 P0口輸出段碼，P2口的 ， ， ， 輸出位碼。 （ 1） LED 數(shù)碼有共陽和共陰兩種，把這些 LED 發(fā)光二極管的正級接在一起而作為一個引腳，為共陽管。如 37圖所示 圖 37 LED 數(shù)碼管 第 4 章 溫度采集器 的軟件設(shè)計 19 數(shù)據(jù)采集 芯片與 電路 圖 38 DS18B20 實物圖 DS18B20 的 接線說明 DS18B20 的 特點 是 獨特的一線接口，一條線通信 ， 無需外部元件用數(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 度 至 +125 度華氏相當(dāng)于是 67 華氏度 到 257 華氏度 。 10 度 至 +85 度 范圍內(nèi)精度為 177。 度。 DS18B20 采用 3 引腳 TR35 封裝或 8 腳 SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如 39 圖所示 。 圖 39 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有 4 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。 DS18B20 的管腳排列如圖 310 圖 310 DS18B20 管腳圖 電子科技大學(xué)成都學(xué)院課程設(shè)計論文 20 數(shù)據(jù)采集電路 DS18B20 有兩 種 供電方式，一種是采用電源供電方式，另一種是寄生電源供電方式，我們選擇的是前一種， 1 引腳接地， 2 腳作為信號線 3 腳接電源如圖 311所示。 311溫度采集電路 DS18B20 重 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，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個 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 溫度值格式表 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20 的兩個 8 比特 的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實際溫度。 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)表 第 4 章 溫度采集器 的軟件設(shè)計 21 （ 3） DS18B20 溫度傳感器的存儲器 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失性的可電擦除的 EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、 TL 和結(jié)構(gòu)寄存器。 （ 4）配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下 ： 表 3 配置寄存器結(jié)構(gòu) TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是 1 ， TM 是測試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式。在 DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動。 R1 和 R0用來設(shè)置分辨率，如下表所示：（ DS18B20 出廠時被設(shè)置為 12 位） 分辨率設(shè)置表： 表 4 溫度值分辨率設(shè)置表 R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時間 0 0 9 位 0 1 10 位 1 0 11 位 375ms 1 1 12 位 750ms 4. 高速暫存存儲器 高速暫存存儲 器由 9 個字節(jié)組成，其分配如表 5 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(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲器的第 0 和第 1 個字電子科技大學(xué)成都學(xué)院課程設(shè)計論文 22 節(jié)。單片機(jī)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)格式如表 1 所示。對應(yīng)的溫度計算：當(dāng)符號位 S=0 時，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1 時，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計算十進(jìn)制值。 表 5 DS18B20 暫存寄存器分布 寄存器內(nèi)容 字節(jié)地址 溫度值低位 0 溫度值高位 1 高溫限值 TH 2 低溫限值 TL 3 配置寄存器 4 保留 5 保留 6 保留 7 CRC 檢驗 8