【文章內(nèi)容簡介】 S18B20 工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖 316所示，其中，低 5位一直為 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 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即用來設(shè)置分辨率 。 64 位 ROM 和 單總線接口 存儲器與控制邏輯 高 速 緩存 溫度傳感器哦 高溫觸發(fā)器 低溫觸發(fā)器 配置存儲器 8 位 CRC 發(fā)生器 電源檢測 GND C VDD VD1 I/O VD2 內(nèi)部 VDD 8 位檢驗 CRC 48 位序列號 8 位工廠代碼（ 10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)論文 12 圖 316 DS18B20分辨率的定義和規(guī)定 圖 317 DS18B20配置寄存器 由表可見， DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的時間比較長，而且設(shè)置的分辨率越高，所需溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間 就越長。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。 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)是前面 8 字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。 當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號擴展的二進(jìn)制補碼形式存儲在高速暫存 RAM 的第 2 字節(jié)中。 單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù) [11]。讀數(shù)據(jù)時，低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 176。 C/LSB 形式表示。溫度值格式如圖 318所示： 23 22 21 20 21 22 23 24 S S S S S 26 25 24 圖 318 配置寄存器 DS18B20 測溫原理如圖 319所示。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R1 R0 分辨率 /位 溫度最大 轉(zhuǎn)換時間 /ms 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 TM R1 R0 1 1 1 1 1 1 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)論文 13 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 2中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器 1 的預(yù)置值。 圖 319 DS18B20測溫原理圖 DS18B20 使用中注意事項 DS18B20 雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： （ 1）每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對 DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主 CPU將數(shù)據(jù)線下拉 500 us，然后釋放， DS18B20 收到信號后等待 16 ~60 us 左右，后發(fā)出 60~240 us 的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號表示復(fù)位成功。（所有的讀寫時序至少需要 60us ，且每個獨立的時序之間至少需要 1us 的恢復(fù)時間。在寫時序時，主機將在下拉低總線 15us 之內(nèi)釋放總線，并向單總線器件寫 1 ；若主機拉低總線后能保持至少 60us 的低電平，則向單總線器件寫 0 。單總線僅在主機發(fā)出讀寫時序時才向主機傳送數(shù)據(jù)，所以，當(dāng)主機向單總線器件發(fā)出讀數(shù)據(jù)指令后，必須馬上產(chǎn)生讀時序，以便單總線器件能傳輸數(shù)據(jù)。） （ 2）在寫數(shù)據(jù)時，寫 0 時單總線至少被拉低 60us， 寫 1 時， 15us 內(nèi)就得釋放總線。 （ 3）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 ，只要將預(yù)置 斜率累加器 比較計數(shù)器 低溫度系數(shù)振蕩器 減法計數(shù)器 溫度寄存器 減到 0 預(yù)置 減到 0 減法計數(shù)器 2 高溫度系數(shù)振蕩器 增加 停止 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)論文 14 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。 （ 4）較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補償，由于 DS1820 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對 DS1820 進(jìn)行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用 PL/M 、 C 等高級語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計時，對 DS1820 操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。 （ 5）在 DS1820 的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 DS1820 數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個 DS1820 ，在實際應(yīng)用中并非 如此。當(dāng)單總線上所掛 DS1820 超過 8 個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進(jìn)行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。 （ 6）連接 DS1820 的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過 50m 時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達(dá) 150m ，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進(jìn)一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用 DS1820 進(jìn)行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮總線分布 電容和阻抗匹配問題。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，另一組接 VCC 和地線，屏蔽層在源端單點接地。 （ 7）在 DS1820 測溫程序設(shè)計中，向 DS1820 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待 DS1820 的返回信號，一旦某個 DS1820 接觸不好斷線，當(dāng)程序讀該DS1820 時，將沒有返回信號，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點在進(jìn)行 DS1820 硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予重視 [12]。 顯示模塊 顯示模塊采用 LCD 液晶顯示器來完成顯示功能。 液晶顯示器 ， 或稱 LCD（ Liquid Crystal Display）， 為平面超薄的顯示設(shè)備 ， 它由一定數(shù)量的彩色或黑白像素組成 ， 放置于光源或者反射面前方。液晶顯示器功耗很低，因此倍受工程師青睞。它的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點、線、面配合背部燈管組成畫面。 LCD 與 LED 比有以下優(yōu)點： ： 造價比 LED 低廉； 制造工藝比 LED 簡單； 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)論文 15 技術(shù)臻于成熟； 維修或更換發(fā)光件非常簡單，價格相對較低； 省電，不產(chǎn)生高溫； 低輻射，益健康，畫面柔和，不傷眼。 顯示模塊硬件電路圖如圖 32所示 [8] 圖 32 顯示模塊 鍵盤模塊 本論文采用 4X4 的矩陣按鍵，實現(xiàn)對溫度的設(shè)定。如圖 34 所示 圖 33 鍵盤模塊 圖中，按鍵 1 控制溫度數(shù)值的加法，按一下加 1；按鍵 2控制溫度數(shù)值的減武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)論文 16 法，按一下減 1；按鍵 5控制 LCD 顯示的光標(biāo)移動，按一下向左移一位；按鍵 6也控制 LCD 顯示的光標(biāo)移動，按一下向右移一位。由此來實現(xiàn)對溫度的設(shè)定。 繼電器模塊 如圖 34 所示，繼電器模塊有 2 個開關(guān)， 2個發(fā)光二級管組成。當(dāng) 采集溫度低于設(shè)置溫度時，二極管 D3 管發(fā)光 ，提示溫度過低，開關(guān) RL1 閉合， 電直流電機開始轉(zhuǎn)動加熱 ；當(dāng) 采集溫度高于設(shè)置溫度 時，二極管 D4 管發(fā)光 ，提示溫度過高，開關(guān) RL2 閉合， 風(fēng)冷器開始轉(zhuǎn)動降溫 [6]。 圖 34 繼電器模塊 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)論文 17 第 四 章 軟件設(shè)計 本系統(tǒng)軟件主要由主流程、功能子程序 組成。采用主程序調(diào)用功能子程序，子程序盡可能少的調(diào)用其它子程序，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 主程序 主程序由初始化， 溫度采集 ，溫度 顯示 ，溫度 設(shè)定 和 繼電器 子程序組成，為系統(tǒng)軟件的主干部分，其流程圖如圖 41 所示 [7] 圖 41 主程序流程圖 開 始 系統(tǒng)初始化 發(fā)送溫度采集指令 讀出溫度值 設(shè)置溫度值 顯示采集溫度和設(shè)置溫度 采集溫度小于 設(shè)置溫度 直流電機轉(zhuǎn)動升溫 Y N 風(fēng)冷器轉(zhuǎn)動降溫 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)論文 18 溫度采集子程序 溫度采集子程序主要負(fù)責(zé)驅(qū)動外部的溫度傳感器 DS18B20 進(jìn)行工作，通過串口通信方式向 DS18B20 寫入 ROM 命令，并讀取當(dāng)前溫度值，將讀取的數(shù)據(jù)存放在26H2EH 存儲單元，其中 26H 單元存放溫度值的低位， 27H 單元存放溫度值的高位，程序流程圖如圖 42所示。 圖 42 溫度采集子程序流程圖 溫度顯示子程序 在溫度控制系統(tǒng)中采用了 LCD 液晶顯示器的左 4 位來顯示采集溫度，右 4位顯示鍵盤設(shè)定溫度，這樣便于兩者進(jìn)行比較。 流程圖如圖 43 所示 圖 43 溫度顯示子程序流程圖 溫度采集 LCD 初始化 采集數(shù)據(jù)送入LCD P0 口在0X03 位顯示 數(shù)據(jù)鎖存 溫度設(shè)置 設(shè) 置數(shù)據(jù)送入LCD P0 口在0X4A位顯示 數(shù)據(jù)鎖存 開 始 DS1820 復(fù)位 向 DS1820 寫入相應(yīng)的 ROM 命令 讀出溫度值并進(jìn)行校驗 結(jié) 束 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)論文 19 鍵盤子程序 這里主要判斷鍵盤是否按下以及去抖。 流程圖如圖 44 所示 圖 44 鍵盤子程序流程圖 溫度比較子程序 溫度比較子程序的任務(wù)是 將采集溫度和設(shè)置溫度兩者進(jìn)行比較。如果采集溫度比設(shè)定溫度要低，則加熱指示燈 D3 亮起，繼電器電路中的直流電機開始轉(zhuǎn)動加熱；如果采集溫度比設(shè)定溫度要高，則指示燈 D4 亮起，繼 電器電路中的風(fēng)冷器開始運轉(zhuǎn)降溫。溫度比較子程序流程圖如圖 45 所示 開 始 按鍵 1 是否按下 Y N 延時 10ms 按鍵 1 是否按下 Y 按鍵標(biāo)示符為 1 N 結(jié) 束 按鍵 1 按下標(biāo)識符為 0，按鍵有效 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)論文 20 圖 45 溫度比較子程序流程圖 繼電器子程序 當(dāng) 采集溫度低于設(shè)置溫度時，二極管 D3 管發(fā)光 ，提示溫度過低，開關(guān) RL1閉合， 電直流電機開始轉(zhuǎn)動加熱 ；當(dāng) 采集溫度高于設(shè)置溫度時，二極管 D4 管發(fā)光 ，提示溫度過高，開關(guān) RL2 閉合， 風(fēng)冷器開始轉(zhuǎn)動降溫 。 繼電器流程圖比較簡單，這里就不給出。 開 始 當(dāng)前溫度 判斷溫度是否過高（設(shè)置溫度減當(dāng)前溫度） 判斷溫度是否過低（當(dāng)前溫度減設(shè)置溫度） N 指示燈 D3 亮起 風(fēng)冷器轉(zhuǎn)動 指示燈 D4 亮起 直流電機轉(zhuǎn)動 開 始 Y Y 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)論文 21 第五章 仿真結(jié)果與結(jié)論分析 仿真結(jié)果 通過結(jié)合硬件電路以及程序，在開發(fā)板上 實現(xiàn)了仿真，仿真結(jié)果與理論較一致。仿真結(jié)果如圖 51 和圖 52 所示。在圖 51 中， LCD 液晶顯示器左上角顯示的是 DS1820 采集的室內(nèi)溫度，在右下角顯示的是由圖右下方 4X2 的黑色按鍵設(shè)置的溫度。 K5 表示溫度加 1， K6 表示溫度減 1， K7 表示光標(biāo)左移， K8 表示光標(biāo)右移。采集溫度顯示的是 28℃，而設(shè)置的是 20℃，小于采集溫度。這時指示燈 D1 亮起，電機開始工作加熱。在圖 52 中， LCD 液晶顯