【文章內(nèi)容簡介】 l8B20與單片機(jī)的硬件連接有兩種方法：一是 VCC接外部電源， GND接地， I/0與單片機(jī)的 I/0線相連；二是用寄生電源供電，此時(shí) ,~UDD和 GND接地， I/0接單片機(jī) I/0。無論是哪種供電方式， I/0口線都要接 4． 7k Q左右的上拉電阻。圖 4給出了 DSl8B20與微處理器的典型連接。 ① DS18B20寄生電源供電方式 ： 如下面圖 (a)所示，在寄生電源供電方式下， DS18B20從單線信號線上汲取能量：在信號線 DQ處于高電平期間把能量儲存在內(nèi)部電容里，在信號線處于低電平期間 消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。 獨(dú)特的寄生電源方式有三個好處： 1） 進(jìn)行遠(yuǎn)距離測溫時(shí)，無需本地電源 2） 可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取 ROM 3） 電路更加簡潔，僅用一根 I/O口實(shí)現(xiàn)測溫 要想使 DS18B20進(jìn)行精確的溫度轉(zhuǎn)換， I/O線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由于每個 DS18B20在溫度轉(zhuǎn)換期間工作電流達(dá)到 1mA，當(dāng)幾個溫度傳感器掛在同一根 I/O線上進(jìn)行多點(diǎn)測溫時(shí)，只靠 能量，會造成無法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差極大。 DALLAS DS18B20 1 2 3 GND DQ VDD 1 2 3 DS18B20 TQ92 封裝低試圖 DS18B20 8 腳 SQIC 封裝 基于單片機(jī)的多溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與 protues 仿真 因此， 該 電路只適應(yīng)于單一 溫度傳感器測溫情況下使用，不適宜采用電池供電系統(tǒng)中。并且工作電源 VCC必須保證在 5V，當(dāng)電源電壓下降時(shí)，寄生電源能夠汲取的能量也降低，會使溫度誤差變大。 ② DS18B20寄生電源強(qiáng)上拉供電方式 ： 改進(jìn)的寄生電源供電方式如下面圖 (b)所示，為了使 DS18B20 在動態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電流供應(yīng)，當(dāng)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到 E2 存儲器操作時(shí)，用MOSFET 把 I/O 線直接拉到 VCC 就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到E2存儲器或啟動溫度轉(zhuǎn)換的指令后，必須在最多 10μS 內(nèi)把 I/O 線轉(zhuǎn)換到強(qiáng)上拉狀態(tài)。在 強(qiáng)上拉方式下可以解決電流供應(yīng)不走的問題，因此也適合于多點(diǎn)測溫應(yīng)用，缺點(diǎn)就是要多占用一根 I/O 口線進(jìn)行強(qiáng)上拉切換。 ④ DS18B20 的外部電源供電方式 ： 如下面圖 (c)所示， 在外部電源供電方式下， DS18B20工作電源由 VDD引腳接入， 其 VDD端用 3～ 5． 5V電源供電， 此時(shí) I/O線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)在總線上理論可以掛接任意多個 DS18B20傳感器，組成多點(diǎn)測溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下， DS18B20的 GND引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總 是 85℃ 。 （ c） DS18B20外部電源供電方式 （ a） DS18B20寄生電源供電方式 南京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 (b) DS18B20溫度轉(zhuǎn)換期間的強(qiáng)上拉供電（寄生電源方式） 圖 DS18B20與微處理器的典型連接圖 （ 3） DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)： 圖 為 DS18B20 的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、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)，用于存儲用戶設(shè)定的溫度上下限值的 TH 和 TL 觸發(fā)器存儲與控制 邏輯、 8 位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)發(fā)生器等七部分。 64位光刻 ROM 的排列是：開始 8位是產(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(yàn)碼。光刻R0M 的作用是使每一個 DS18B20都各不相同，這可實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。暫存存儲器包含了 8個連續(xù)字節(jié)，前 2個字節(jié)是測得的溫度信息，第 1個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低 8位，第 2個字節(jié)是溫度的高 8位。第 3個和第 4個字節(jié)是 TH、 TL的易失性拷貝，第 5個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這 3個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電 復(fù)位時(shí)被刷新。第 8個字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。第 9個字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié) . 基于單片機(jī)的多溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與 protues 仿真 圖 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) （ 4） DS18B20 的測溫原理： DS1820測溫原理如下圖所示。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(jì)數(shù)器 1。 圖 DS18B20 測溫原理 高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作 為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。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。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)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，計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器 1重新開始對斜率累加器 低溫度系數(shù)晶振 計(jì)數(shù)器 1 比較 溫度寄存器 預(yù)置 預(yù)置 =0 計(jì)數(shù)器 2 高溫度系數(shù)晶振 =0 加 1 停止 高速緩存 存儲器 溫度靈敏元件 低溫觸發(fā)器 TL 高溫觸發(fā)器 TH 配置寄存器 8位 CRC生成器 存儲器和控制器 64位ROM和單線接口 電源檢測 南京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 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)直到計(jì)數(shù)器 2計(jì)數(shù)到 0時(shí)， DS1 8B20測量溫度原理停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。 在正常測溫情況下， DS18B20 的測溫分辨力為 ℃ ，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測量結(jié)果：首先用 DS18B20 提供的讀暫存器指令 (BEH)讀出以 ℃為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位 (LSB)，得到所測實(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 DS18B20測量溫度的整數(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=(TZ－ ℃ ) ＋ (CD－ CS)/CD （ 5）告警信號： DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與 TH、 TL 作比較。若 TTH 或TTL，則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并 對主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只 DS18B20 同時(shí)測量溫度并進(jìn)行告警搜索。一旦某測溫點(diǎn)越限，主機(jī)利用告警搜索命令即可識別正在告警的器件，并讀出其序號，而不必考慮非告警器件。 （ 6） CRC 的產(chǎn)生： 在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼 (CRC)。主機(jī)根據(jù) ROM 的前 56 位來計(jì)算 CRC 值，并和存入 DS18B20 中的 CRC 值作比較，以判斷主機(jī)收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。 CRC 的函數(shù)表達(dá)式為： CRC=X8 ＋ X5 ＋ X4 ＋ 1。此外， DS18B20 尚需依上式為暫存器中的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生一個 8位 CRC 送給主機(jī)，以確保暫存器數(shù)據(jù)傳送無誤。 在本課題中采用四個數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20與單片機(jī) 89C51連接如下圖 基于單片機(jī)的多溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與 protues 仿真 圖 DS18B20多點(diǎn)溫度測量連接電路圖 (7) DS1820 使用中注意事項(xiàng) 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(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： ① 較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于 DS18B20 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對 DS18B20 進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。 ② 在 DS18B20 的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 DS18B20 數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個 DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS18B20 超過 8個時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。 ③ 連接 DS18B20 的總線電纜是有長度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號電纜傳 輸長度超過 50m 時(shí)，讀取的測溫?cái)?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(shí)，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(shí)，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 DS18B20 進(jìn)行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 ④ 在 DS18B20 測溫程序設(shè)計(jì)中，向 DS18B20 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待 DS18B20 的返回信號，一旦某個 DS18B20 接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20 時(shí)，將沒有返回信號，程 序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS18B20 硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。 南京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 在當(dāng)今新科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的年代里，單片機(jī)的應(yīng)用已越來越受到人們的重視，它被廣泛的應(yīng)用于家電、醫(yī)療、智能儀表、工業(yè)自動化等各個領(lǐng)域。單片機(jī)全稱單片微型計(jì)算機(jī)，是將計(jì)算機(jī)的基本部分微型化，使之集成在一塊芯片上的微機(jī)。目前市場上較為流行的單片機(jī)有 Intel 公司和 Philip 公司的 8051系列單片機(jī)． Motorola 公司的 M 6800 系列單片機(jī)。 Intel 公司的 MCS96 系列單片機(jī)以及 Microchip 公 司的 PIC 系列單片機(jī)。片內(nèi)含有 CPU、 ROM、 RAM、并行 I/O口、串行 I/O 口、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 A/D、 D/A、中斷控制、系統(tǒng)時(shí)鐘及系統(tǒng)總線等。本課題是利用 Intel 的 80C51 控制整個系統(tǒng)。 80C51 單片機(jī)包含下列幾個部件：1 個 8 位 CPU、 1 個片內(nèi)震蕩器及時(shí)鐘電路、 4KB ROM 程序存儲器、 128B RAM 數(shù)據(jù)存儲器、可尋址 64KB 外部數(shù)據(jù)存儲器和 64KB 外部程序存儲器的控制電路、 32條可編程的 I/O 線、 2 個 16 位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 1 個可編程全雙工串行接口、 5個中斷源、 2 個優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)。 本課題運(yùn)用 Intel 公司的 80C51 進(jìn)行系統(tǒng)控制，運(yùn)用到了復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，串口， I/O 口。 復(fù)位電路： 無論哪種單片機(jī)，都會涉及到復(fù)位電路。如果復(fù)位電路不可靠，在工作中就有可能出現(xiàn)“死機(jī)”，“程序走飛”等現(xiàn)象。所以，一個單片機(jī)復(fù)位電路的好壞，直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。復(fù)位操作完成單片機(jī)片內(nèi)電路的初始化，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始運(yùn)行。當(dāng) 80C51單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST出現(xiàn) 5ms以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就完成了復(fù)位操作，如果 RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)，而無法執(zhí)行程序，因此要求單片機(jī)復(fù)位后能脫離 復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位操作通常有上電和開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。開關(guān)復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運(yùn)行期間，如果發(fā)生死機(jī)，用按鈕開關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。常用的上電復(fù)位且開關(guān)復(fù)位電路如圖 示，上電后，由于電容充電，使 RST持續(xù)一段高電平時(shí)間。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行之中時(shí)，按下復(fù)位鍵也能使 RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電且開關(guān)復(fù)位的操作。單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化過程，其中包括是程序計(jì)數(shù)器PC=0000H， P0P3=FFH， SP=07H，其他寄存器處于零，程序從 0000H地址單元開始基于單片機(jī)的多溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與 protues 仿真 執(zhí)行，單片機(jī)復(fù)位后不改變片內(nèi) RAM區(qū)中的內(nèi)容。 圖 .復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 ： 80C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號通常用內(nèi)部振蕩和外部振蕩方式。在引腳 XTAL1和 XTAX2外接晶體振蕩器，就夠成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個高增益反相放 大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。晶振通常選用 6MHZ、 12MHZ或 24MHZ。內(nèi)部振蕩器方式如下。如圖 ，電容器 CC2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值一般為 530PF。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘信號比較穩(wěn)定。外部振蕩方式是把已有的時(shí)鐘信號引入單片機(jī)內(nèi)，這種方式適于用于用來使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號保持一致。 南京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 圖 時(shí)鐘電路 及 顯示電路設(shè)計(jì) 本課題要將傳感器的溫度信號和 鍵盤 輸入的控制信號都顯示出來，利用單片機(jī) 80C51 傳輸控制信號。 鍵盤 在單片機(jī) 應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸人數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段 ,鍵盤實(shí)質(zhì)上是一組按鍵開關(guān)集合 ,通常選用機(jī)械彈性開關(guān) ,它們利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。鍵的閉合與否，反映在輸出電壓上就是呈現(xiàn)低電平還是高電平，通過對電平高低狀態(tài)的檢測，便可確認(rèn)是否有按鍵按下。為了確保 CPU 對一次按鍵動作只確認(rèn)一次， 那就必須消除抖動的影響，這樣才能使鍵盤在單片機(jī)系統(tǒng)中使用得更加穩(wěn)定。常用的鍵盤接口分為獨(dú)立式按鍵接口和矩陣式鍵盤接口。在本系統(tǒng)中， 按鍵 主要是用來設(shè)置溫度的上下限， 對其上限加和下