【文章內(nèi)容簡介】 80 US 圖 初始化時序山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。主機(jī)輸出低電平，保持低電平時間至少 480us，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著主機(jī)釋放總線， ，延時 15～ 60us，并進(jìn)入接受模式，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖，若為低電平，再延時480us[12]。 (2) 寫時序 采樣15~45采樣15~4511主機(jī)寫1 時序主機(jī)寫0 時序 圖 寫時序 寫時序包括寫 0 時序和寫 1 時序。所有寫時序至少需要 60us，且 在 2 次獨(dú)立的寫時序之間至少需要 1us 的恢復(fù)時間，都是以總線拉低開始。寫 1 時序，主機(jī)輸出低電平，延時 2us，然后釋放總線，延時 60us。寫 0 時序，主機(jī)輸出低電平，延時60us，然后釋放總線，延時 2us[8]。 (3) 讀時序 主機(jī)采樣主機(jī)采樣454511主機(jī)寫1時 序主機(jī)寫0時 序 圖 讀時序 總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時序是，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時序至少需要 60us，且在 2次山東山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 獨(dú)立的讀時序之間至少需要 1us的恢復(fù)時間。每個讀 時序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線 1us。主機(jī)在讀時序期間必須釋放總線，并且在時序起始后的 15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機(jī)輸出低電平延時 2us，然后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入模式延時 12us，然后讀取總線當(dāng)前電平，然后延時 50us[4] ROM操作命令 當(dāng)主機(jī)收到 DSl8B20 的響應(yīng)信號后，便可以發(fā)出 ROM 操作命令之一，這些命令如表 ,OM操作命令 。 DS18B20的測溫原理 DS18B20的測溫原理 : 每一片 DSl8B20 在其 ROM 中都存有其唯一的 48 位序列號，在出廠前已寫入片內(nèi) ROM 中。主機(jī)在進(jìn)入操作程序前必須用讀 ROM(33H)命令將該 DSl8B20 的序列號讀出。 程序可以先跳過 ROM，啟動所有 DSl8B20 進(jìn)行溫度變換，之后通過匹配 ROM，再逐一地讀回每個 DSl8B20 的溫度數(shù)據(jù)。 DS18B20 的測溫原理如圖 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) 門打開時， DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進(jìn) 行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量 。計(jì)數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將 55 ℃ 所對應(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 應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計(jì)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(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時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 新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(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， 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 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)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測溫度值 . 山東山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 指令 約 定 代碼 功 能 讀 ROM 33H 讀 DS18B20 ROM 中的編碼 符合 ROM 55H 發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問單線總線上與該編碼相對應(yīng)的 DS18B20 使之作出響應(yīng)，為下一步對該 DS18B20 的讀寫作準(zhǔn)備 搜索 ROM 0F0H 用于確定掛接在同一總線上 DS18B20 的個數(shù)和識 別64 位 ROM 地址，為操作各器件作好準(zhǔn)備 跳過 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS18B20 發(fā)溫度變換命令，適用于單片工作。 續(xù) 告警搜索 命 令 0ECH 執(zhí)行后，只有溫度超過設(shè)定值上限或者下限的片子才做出響應(yīng) 溫度變換 44H 啟動 DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間最長為 500MS，結(jié)果存入內(nèi)部 9 字節(jié) RAM 中 讀暫存器 0BEH 讀內(nèi)部 RAM 中 9 字節(jié)的內(nèi)容 寫暫存器 4EH 發(fā)出向內(nèi)部 RAM 的第 3， 4 字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟讀命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù) 復(fù)制暫存 器 48H 將 E2PRAM 中第 3， 4 字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到 E2PRAM 中 重調(diào) E2PRAM 0BBH 將 E2PRAM 中內(nèi)容恢復(fù)到 RAM 中的第 3， 4 字節(jié) 讀 供 電 方 式 0B4H 讀 DS18B20 的供電模式，寄生供電時 DS18B20 發(fā)送“ 0”，外接電源供電 DS18B20 發(fā)送“ 1” 表 ROM 操作命令 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的，他有嚴(yán)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(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)存儲器操作命令 → 處理數(shù)據(jù)。 山東山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 測溫原理內(nèi)部裝置 DS18B20的測溫流程 圖 DS18B20 測溫流程 初始化 DS18B20 跳過 ROM 匹配 溫度變換 延時 1S 跳過 ROM 匹配 讀暫存器 轉(zhuǎn)換成顯示碼 數(shù)碼管顯示 減法計(jì)數(shù)器 斜坡累加器 減到 0 減法計(jì)數(shù)器 預(yù) 置 低溫度系數(shù) 振 蕩 器 高溫度系數(shù) 振 蕩 器 計(jì)數(shù)比較器 預(yù) 置 溫度寄存器 減到 0 山東山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第三章 總體設(shè)計(jì)方案 方案一 測溫電路的設(shè)計(jì)，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度 顯示出來，這種設(shè)計(jì)需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。 方案二 考慮使用溫度傳感器，結(jié)合單片機(jī)電路設(shè)計(jì)，采用一只 DS18B20 溫度傳感器，直接讀取被測溫度值，之后進(jìn)行轉(zhuǎn)換，依次完成設(shè)計(jì)要求 。 比較以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)，故實(shí)際設(shè)計(jì)中擬采用方案二 。 在本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方框圖如圖 所示，它由三部分組成 :①控制部分主芯片采用單片機(jī) AT89S51；②顯示部分采用 3 位 LED 數(shù)碼管以動態(tài)掃描方式實(shí)現(xiàn)溫度顯示；③溫度采集部分采用 DS18B20 溫度傳感器。 圖 溫度計(jì)電路總體設(shè)計(jì)方案 1. 控制部分 單片機(jī) AT89S51 具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用，系統(tǒng)應(yīng)用三節(jié)電池供電。 2. 顯示部分 單 片 機(jī) DS18B20 LED 顯示 指示燈 加熱繼電器 電風(fēng)扇繼電器 山東山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 顯示電路采用 3 位共陽 LED數(shù)碼管，從 P0 口送數(shù)， P2 口掃描。 3. 溫度采集部分 DS18B20溫度傳感器是美國 DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫。 這一部分主要完成 對溫度信號的采集和轉(zhuǎn)換工作，由 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器及其與單片機(jī)的接口部分組成。數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 把采集到的溫度通過數(shù)據(jù)引腳傳到單片機(jī)的 口，單片機(jī)接受溫度并存儲。此部分只用到 DS18B20 和單片機(jī)，硬件很簡單 (1) DS18B20 的性能特點(diǎn)如下 [9]： 1) 獨(dú)特的單線接口僅需要一個端口引腳進(jìn)行通信； 2) 多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能； 3) 無須外部器件； 4) 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ～ ； 5) 零待機(jī)功耗； 6) 溫度以 3 位 數(shù)字顯示； 7) 用戶可定義報(bào)警設(shè)置； 8) 報(bào)警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件； 9) 負(fù)電壓特性，電源極性接反時，溫度計(jì)不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 (2) DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 采用 3 腳 PR－ 35 封裝，如圖 所示； DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖 所示。 引腳說明：地?cái)?shù)據(jù)線可選 圖 DS18B20 封裝 (3) DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成 [5]： 1) 64 位光刻 ROM。 開始 8 位是 產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有 48位，最后 8 位是前 56 位的 CRC 校驗(yàn)碼，這也是多個 DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信山東山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 的原因 [10]。 64位 閃速 ROM 的結(jié)構(gòu)如下 . 8b 檢驗(yàn) CRC 48b 序列號 8b 工廠代碼（ 10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB 表 ROM 結(jié)構(gòu) 內(nèi)部電源探測位和單線端口位產(chǎn)生器暫存器下限觸發(fā)上限觸發(fā)溫度傳感器存儲器和控制邏輯 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2) 非揮發(fā)的 溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過軟件寫入用戶報(bào)警上下限值。 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失性的可電擦除的 E2PRAM。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 8 字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖 所示。頭 2 個字節(jié)包含測得的溫度信息，第 3 和第 4 字節(jié) TH 和 TL 的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第 5 個字節(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 工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。它的內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)和字節(jié)定義如圖 所示。低 5 位一直為１， TM 是工作模 式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式。 Byte0 溫度測量值 LSB（ 50H） Byte1 溫度測量值 MSB（ 50H） E2PROM Byte2 TH 高溫寄存器 ?? TH 高溫寄存