【文章內(nèi)容簡介】 度值 11 DSl8B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值 T與 TH、 TL作比較，若 TTH或TTL。則將該器件內(nèi)的告警標志位置位，并對主機發(fā)出的告警搜索命令作出響應。因此，可用多只 DSl8B20同時測量溫度并進行告警搜索。 (4)CRC的產(chǎn)生 在 64位 ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余校驗碼 (CRC)。主機根據(jù) ROM的前 56位來計算 CRC值，并和存入 DSl8B20中的 CRC值做比較，以判斷主機收到的 ROM數(shù)據(jù)是否正確。 167。 2． 2． 5 DSl8B20的控制方法 在硬件上， DSl8B20與單片機的連接有兩種方法 [7]。一種是將 DSl8B20的 UDD接外部電源， GND接地，其 I/O與單片機的 I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時 DSl8B20的 UDD、 GND接地，其 I/O接單片機 I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電， DSl8B20的 I/O口線要接 5K左右的上拉電阻。 DSl8B20有六條控制命令，如表 23所示： 指 令 約 定 代 碼 操 作 說 明 溫度轉(zhuǎn)換 44H 啟動在線的 DS18B20進行溫度轉(zhuǎn)換 讀暫存器 BEH 讀取溫度寄存器的溫度值 寫暫存器 4EH 將兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)寫入溫度寄存器的 TH,TL字節(jié) 復制暫存器 48H 將溫度寄存器的數(shù)值拷貝到 E2RAM中，保證溫度值不丟失 重新調(diào) E2RAM B8H 將 E2RAM中的數(shù)值拷貝到溫度寄存器中 12 讀電源供電方式 B4H 啟動 DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號給主 CPU（“ 0”為寄生電源 :“ 1”為外部電源） CPU對 DSl8B20的訪問流程是；先對 DSl8B20初始化，再進行 ROM操作命令，最后才能對存儲器操作和對數(shù)據(jù)操作。 DSl8B20每一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協(xié)議。例如主機控制 DSl8B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù) DSl8B20的通訊協(xié)議，必須經(jīng)歷三個步驟：每一次讀寫之前都要對 DSl8B20進行復位，復位成功后發(fā)送一條 ROM指令，最后發(fā)送 RAM指令，這樣才能對 DSl8B20進行預定的操作。 167。 2． 2． 6 DSl8B20的測溫原理 DSl8B20的測溫原理如圖 25所示。 圖 2— 5 DSl8B20的內(nèi)部測溫電路原理框圖 圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小 [6]，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器 l，高溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率隨溫度變化而明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器 2 的脈沖輸入。圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時， DSl8B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)，進 而完成溫度測量。計數(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℃所對應的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器 l 和溫度寄存器中，減法計數(shù)器 1和溫度寄存器被預置在． 55℃所對應的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器 1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器 l的預置值減到 0時溫度寄存器的值將加 1，減法計數(shù)器 1的預置將重新被裝入，減法計數(shù)器 l重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(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 25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 減法計數(shù) 13 器的預置值，只要計數(shù)門仍未關閉就重復上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值，這就是 DSl8B20的測溫原理。 167。 2． 2． 7 DSl8B20的時序 由于 DSl8B20 采用的是 l— wirc 總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，單線通信功能是分時完成的，有嚴格的時序概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對 DSl8B20的各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初始化 DSl8B20(發(fā)復位脈沖 )一發(fā) ROM功能命令一發(fā)存儲器操作命令一處理數(shù)據(jù)。 ①復位時序：使用 DS18B20 時，首先需將其復位，然后才能執(zhí)行其它命令。復位時，主機將數(shù)據(jù)線激發(fā)為低電平并保持 480us～ 960us 然后釋放數(shù)據(jù)線，再由上拉電阻將數(shù)據(jù)線拉升 15us～ 60us,然后再由 DS18B20 發(fā)出響應信號，以將數(shù)據(jù)線激發(fā)成低電平 60us～ 240us,這樣就完成了復位操作。其復位時序如圖 26所示： 圖 26DSl8B20的復位時序圖 ②寫時序：在主機對 DS18B20 寫數(shù)據(jù)（主機對 DS18B20 發(fā)送各種命令）時，先將數(shù)據(jù)線激發(fā)為低電平，該低電平應大于 1us，然后根據(jù)寫“ 1”或?qū)憽?0”來使數(shù)據(jù)線變高或繼續(xù)為低。 DS18B20 將在數(shù)據(jù)線變成低電平后 15us～ 60us 對數(shù)據(jù)線進行采樣，要求寫入 DS18B20 的數(shù)據(jù)時續(xù)時間應大于 60us 而小于 120us,兩次寫數(shù)據(jù)之間的時間間隔應大于 1us，寫時隙的時序如圖 27所示： 14 圖 27DSl8B20的 寫時隙 時序 ③讀時序：當主機從 DSl8B20 讀數(shù)據(jù)時，主機先向數(shù)據(jù)線激發(fā)出低電平，然后釋放，以使數(shù)據(jù)線再升為高電平。 DSl8B20 在數(shù)據(jù)線從高電平變?yōu)榈碗娖降?5us 內(nèi)將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線上。主機可在 15us 后讀取數(shù)據(jù)線以獲得數(shù)據(jù)。其時序圖如圖所示： 圖 28DSl8B20的 讀時隙 時序 167。 2． 2． 8 DSl8B20使用中的注意事項 DSl8B20 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，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題： (1)較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件迸行補償，由于 DSl8B20 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對 DSl8B20進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取 測溫結果。在使用 PL/M、 C等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時，對 DSl8B20操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。 (2)在 DSl8B20 的有關資料中均未提及單總線上所掛 DSl8B20 數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個 DSl8B20，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛 DSl8B20超過 8 個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要加以注意。 (3)連接 DSl8B20 的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電 15 纜傳輸長度超過 50m 時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞 線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達 150m，當采用每米絞合次數(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 DSl8B20 進行長距離測溫系統(tǒng)設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 VDD和地線，屏蔽層在源端單點接地。 (4)在 DSl8B20 測溫程序設計中，向 DSl8B20 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待 DSl8B20的返回信號，一旦某個 DSl8B20接觸不好或斷線，當程序 讀該 DSl8B20時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行 DSl8B20硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。 167。 2． 3 單片機的選擇 167。 2． 3． 1單片機概述 單片微型計算機簡稱單片機 [8]，又稱微控制器，嵌入式微控制器等，屬于第四代電子計算機。它把中央處理器、存儲器、輸入／輸出接口電路以及定時器，計數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價格低廉、抗干擾能力強且可靠性高等特點，因此，適合應用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表和測控系統(tǒng)的前端裝置。正是由于這一原因，國際上逐漸采用微控制器 (MCU)代 替單片微型計算機 (SCM)這一名稱。“微控制器”更能反映單片機的本質(zhì)，但是由于單片機這個名稱已經(jīng)為國內(nèi)大多數(shù)人所接受，所以仍沿用“單片機”這一名稱。 單片機的主要特點有： 1)具有優(yōu)異的性能價格比。 2)集成度高、體積小、可靠性高。 3)控制功能強。 4)低電壓，低功耗 [9]。 單片機的主要應用領域： 由于單片機具有上述顯著的特點，因此，其應用領域無所不至，在自動化裝置、智能化儀器儀表和家用電器等領域得到日益廣泛的應用。 其典型的應用領域有： 1)工業(yè)控制 16 2)儀器儀表 3)電信技術 4)辦公自動化 和計算機外部設備 5)汽車和節(jié)能 6)制導和導航 7)商用產(chǎn)品 8)家用電器 [10]。 因此，在本課題設計的溫度測控系統(tǒng)中，采用單片機實現(xiàn)溫度的控制。在單片機選用方面， 由于 AT89 系列單片機 [11]與 MCS51 系列單片機兼容，所以，本系統(tǒng)中的單片機選用 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89C52 芯片，它是該公司生產(chǎn)的標準型單片機。 167。 AT89C52 芯片的主要性能 AT89C52 是 ATMEL 公司生產(chǎn)的 低電壓，高性能 CMOS 8位單片機 ，片內(nèi)含 8KB的可反復擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256B 的隨機存取 數(shù)據(jù)存儲器 。它具有如下的一些特性： 與 MCS51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 8KB 可重擦寫 Flash 閃速存儲器 1000 次擦寫周期 全靜態(tài)操作： 0HZ24HZ 三級加密程序存儲器 256x8 字節(jié) 內(nèi)部 RAM 32 根可編程 I/O 引線 3 個 16 位計數(shù)器／定時器 8 個中斷源 可編程串 行 UART 通 道 低功耗空閑和掉電模式 167。 2． 3． 3 AT89C52芯片的內(nèi)部結構框圖 AT89C52 提供以下標準功能： 8K 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32個 I/O 口線， 3 個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 6向量兩級終端結構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時， AT89C52可降至 0HZ 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式，空閑方式停止 CPU 的工作，但允許RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工 作并禁止其它所有部件工作指導下一個硬件復位。