【文章內(nèi)容簡介】 DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測 溫 （ 3） DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) （ 4） 適應電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 （ 5） 測 溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 時精度為 177。 ℃ （ 6） 可編程的分辨率為 9～ 12位，對應的可分辨溫度分別為 ℃ 、℃ 、 ℃ 和 ℃ ，可實現(xiàn)高精度測溫 （ 7） 在 9位分辨率時最多在 ， 12位分辨率時最多在 750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 （ 8） 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 一線總線 串行傳送給CPU，同時可傳送 CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 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。 圖 23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），河南理工大學萬方科技學院畢業(yè)設計 8 用于存儲用戶設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)冗余校驗碼（ CRC）發(fā)生器 等七部分 ,如圖 23所示。 圖 23 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 DS18B20測溫原理 DS18B20的測溫原理如圖 24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， DS18B20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 1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 1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 1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號 64 位 ROM 和 單 線 接 口 存儲器與控制邏輯 高 速 緩 存 溫度控制器 溫度控制器 溫度控制器 溫度控制器 溫度控制器 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè)設計 9 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 減法計數(shù)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 DS18B20的測溫原理。 如圖 24所示。 另外，由于 DS18B20單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對 DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初始化 DS18B20（ 發(fā)復位脈沖 ） → 發(fā) ROM功能命令 → 發(fā)存儲器操作命令 → 處理數(shù)據(jù)。 圖 24 DS18B20測溫原理圖 斜率累加器 比較 預置 溫度寄存器 計數(shù)器 =0 預置 低溫度系數(shù)振蕩器 計數(shù)器 2 =0 高溫度系數(shù)振蕩器 Tx 停止 τ 1 τ 2 加 1 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè)設計 10 DS18B20工作時序 圖 25為時序圖中各總線狀態(tài)。 圖 25工作時序圖 （１） 初始化 （時序圖見圖 26） 。 圖 26 初始化時序圖 ① 先將數(shù)據(jù)線置高電平 1。 ② 延時（改時間要求不是很嚴格，但是要盡可能短一點）。 ③ 數(shù)據(jù)線拉到低電平 0. ④ 延時 750us（改時間范圍可以在 480960us）。 ⑤ 數(shù)據(jù)線拉到高電平 1。 ⑥ 延時等待。如果初始化成功則在 1560ms 內(nèi)產(chǎn)生一個有 DS18B20 返回的低電平 0,據(jù)該狀態(tài)可以確定它的存在。但是應注意不能無 限的等待，不然會使程序進入死循環(huán)，所以要進行超時判斷。 ⑦ 若 CPU 讀到數(shù)據(jù)線上的低電平 0 后，還要進行延時，其延時的時間從發(fā)出高電平算起（第 5 步的時間算起）最少要 480us。 ⑧ 將數(shù)據(jù)線再次拉到高電平 1 后結(jié)束。 總線控制器低電平 DS18B20 低電平 總線控制器和 DS18B20 同為低電平 電阻上拉 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè)設計 11 （２） DS18B20 寫數(shù)據(jù) ① 數(shù)據(jù)線先置低電平 0。 ② 延時確定的時間為 15us。 ③ 按從低位到高位的順序發(fā)送數(shù)據(jù)（一次只發(fā)送一位）。 ④ 延時時間為 45us。 ⑤ 將數(shù)據(jù)線拉到高電平 1。 ⑥ 重復① ⑤步驟，直到發(fā)送完整個字節(jié)。 ⑦ 最后將數(shù)據(jù)線拉到高電平 1。 （３） DS18B20 讀數(shù)據(jù) ① 將數(shù)據(jù)線拉到高電平 1。 ② 延時 2us。 ③ 將數(shù)據(jù)線拉低到 0。 ④ 延時 6us。 ⑤ 將數(shù)據(jù)線拉高到 1。 ⑥ 延時 4us。 ⑦ 讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到一個狀態(tài)位，并進行數(shù)據(jù)處理。 ⑧ 延時 30us。 ⑨ 重復① ⑦步驟，直到讀完一個字節(jié)。 硬件電路設計 測溫電路 本設計采用 DS18B20溫度傳感器作為溫度采集電路核心部件。DS18B20是美國 DALLAS 半導體公司推出的第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優(yōu)點，可 直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供處理器 處 理。 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè)設計 12 目前常用的單片機與外設之間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇锌偩€主要有 I178。C 總線以同步串行二線方式進行通信（一條時鐘線，一條數(shù)據(jù)線）， SPI總線則以同步串行三線方式進行通信（一條時鐘線，一條數(shù)據(jù)輸入線，一條數(shù)據(jù)輸出線），而 SCI 總線是以異步方式進行通信的（一條數(shù)據(jù)輸入線，一條數(shù)據(jù)輸出線）。這些總線至少需要兩條或兩條以上的信號線，而 DS18B20使用的單總線技術與上述總線不同，它采用單條信號線， 既 可傳輸時鐘，又可傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，因而單總線技術具有線路簡單，硬件開 銷少，成本低廉，便于總線擴展和維護等優(yōu)點。單總線 適用于 單主機系統(tǒng)，能夠控制一個或多個從機設備。主機可以是微控制器，從機可以是單總線器件，他們之間的數(shù)據(jù)交換只通過一條信號線。當只有一個從機設備時，系統(tǒng)可按單節(jié)點系統(tǒng)操作；當有從機設備時，系統(tǒng)則按多節(jié)點系統(tǒng)操作。設備（主機或從機）通過一個漏極開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設備在不 發(fā)送數(shù)據(jù)時能夠釋放出總線，而讓其他設備使用總線。單總線要求外接 。本設計系統(tǒng)的溫度采集電路圖如圖 27所示 [3]。 圖 27 測溫電路 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè)設計 13 由圖可以看出， DS18B20 和單片機的連接非常簡單，單片機只需要一個 I/O 口就可以控制 DS18B20。這個圖的接法是單片機 與 一個 DS18B20 通信，如果要控制多個 DS18B20 進行溫度采集，只要將所有的 DS18B20 的I/O 口全部連在一起就可以了。在具體操作時，通過讀取每個 DS18B20 內(nèi)部芯片的序列號來識別。本系統(tǒng)僅操作一個 DS18B20 進行溫度采集。 顯示電路 單片機應用系統(tǒng)中，通常都需要進行人機對話，這包括人對應用系統(tǒng)的狀態(tài)干預與數(shù)據(jù)輸入，以及應用系統(tǒng)向人們顯示運行狀態(tài)與運行結(jié)果等。 LED 顯示 電路由段驅(qū)動電路和位驅(qū)動電路組成。由于單片機的并行口不能驅(qū)動 LED 顯示器，必須采用專門的驅(qū)動電路芯片，使之產(chǎn)生足夠大的電流，顯示器才能正常工作。如果驅(qū)動電路能力差，即負載能力不夠，顯示器亮度就低，而且驅(qū)動電路長期在超負荷下運行容易損壞。 LED 顯示器的顯示控制方式分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種，若選擇靜態(tài)顯示，則 LED 驅(qū)動器的選擇較為簡單，只要驅(qū)動器的驅(qū)動能力與顯示器的電流相匹配即可；動態(tài)顯示則不同，由于一位數(shù)據(jù)的顯示是由段和位選信號共同配合完成的，因此，要同時考慮段和位的驅(qū)動能力，而且段的驅(qū)動能力決定位 的驅(qū)動能力 [4]。 數(shù)碼管位選代碼如圖 28所示。 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè)設計 14 管腳數(shù) 顯示 dp g f e d c b a 十六進制數(shù) 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0C0H 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0F9H 2 1 0 1 0 0 1 0 0 0A4H 3 1 0 1 1 0 0 0 0 0B0H 4 1 0 0 1 0 0 1 0 99H 5 1 0 0 1 0 0 1 0 92H 6 1 0 0 0 0 0 1 0 82H 7 1 1 1 1 1 0 0 0 0F8H 8 1 0 0 0 0 0 0 0 80H 9 1 0 0 1 0 0 0 0 90H 圖 28 數(shù)碼管位選代碼 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè)設計 15 報警電路 當溫度超過設定溫度時，實現(xiàn)聲光報警，蜂鳴器鳴叫、二極管閃爍。蜂鳴器由單片機 P3~7口控制，用三極管驅(qū)動，電路如圖 29所示 [5]。 圖 29 報警電路 降溫、加熱電路 繼電器是一種電子控制