【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè) 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(yīng)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(cè) 溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 時(shí)精度為 177。 ℃ （ 6） 可編程的分辨率為 9～ 12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、℃ 、 ℃ 和 ℃ ，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫 （ 7） 在 9位分辨率時(shí)最多在 ， 12位分辨率時(shí)最多在 750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 （ 8） 測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以 一線總線 串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送 CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)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(bào)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(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值的 TH和 TL觸發(fā)器存儲(chǔ)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 ,如圖 23所示。 圖 23 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 DS18B20測(cè)溫原理 DS18B20的測(cè)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(hào)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(hào)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(kāi)時(shí)， DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量 .計(jì)數(shù)門的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù) 振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將 55 ℃所對(duì)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(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。 減法計(jì)數(shù)器 1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)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(shí)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(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào) 64 位 ROM 和 單 線 接 口 存儲(chǔ)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(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 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(shí)，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(cè)溫圖 2中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)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(guò)程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值，這就 是 DS18B20的測(cè)溫原理。 如圖 24所示。 另外，由于 DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì) 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(chǔ)器操作命令 → 處理數(shù)據(jù)。 圖 24 DS18B20測(cè)溫原理圖 斜率累加器 比較 預(yù)置 溫度寄存器 計(jì)數(shù)器 =0 預(yù)置 低溫度系數(shù)振蕩器 計(jì)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(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 DS18B20工作時(shí)序 圖 25為時(shí)序圖中各總線狀態(tài)。 圖 25工作時(shí)序圖 （１） 初始化 （時(shí)序圖見(jiàn)圖 26） 。 圖 26 初始化時(shí)序圖 ① 先將數(shù)據(jù)線置高電平 1。 ② 延時(shí)（改時(shí)間要求不是很嚴(yán)格，但是要盡可能短一點(diǎn)）。 ③ 數(shù)據(jù)線拉到低電平 0. ④ 延時(shí) 750us（改時(shí)間范圍可以在 480960us）。 ⑤ 數(shù)據(jù)線拉到高電平 1。 ⑥ 延時(shí)等待。如果初始化成功則在 1560ms 內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)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(yīng)注意不能無(wú) 限的等待，不然會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時(shí)判斷。 ⑦ 若 CPU 讀到數(shù)據(jù)線上的低電平 0 后，還要進(jìn)行延時(shí)，其延時(shí)的時(shí)間從發(fā)出高電平算起（第 5 步的時(shí)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(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 （２） DS18B20 寫(xiě)數(shù)據(jù) ① 數(shù)據(jù)線先置低電平 0。 ② 延時(shí)確定的時(shí)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(shí)時(shí)間為 45us。 ⑤ 將數(shù)據(jù)線拉到高電平 1。 ⑥ 重復(fù)① ⑤步驟，直到發(fā)送完整個(gè)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(shí) 2us。 ③ 將數(shù)據(jù)線拉低到 0。 ④ 延時(shí) 6us。 ⑤ 將數(shù)據(jù)線拉高到 1。 ⑥ 延時(shí) 4us。 ⑦ 讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到一個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 ⑧ 延時(shí) 30us。 ⑨ 重復(fù)① ⑦步驟，直到讀完一個(gè)字節(jié)。 硬件電路設(shè)計(jì) 測(cè)溫電路 本設(shè)計(jì)采用 DS18B20溫度傳感器作為溫度采集電路核心部件。DS18B20是美國(guó) DALLAS 半導(dǎo)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(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，可 直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)供處理器 處 理。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 目前常用的單片機(jī)與外設(shè)之間進(jìn)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(jìn)行通信（一條時(shí)鐘線，一條數(shù)據(jù)線）， SPI總線則以同步串行三線方式進(jìn)行通信（一條時(shí)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(jìn)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(hào)線，而 DS18B20使用的單總線技術(shù)與上述總線不同，它采用單條信號(hào)線， 既 可傳輸時(shí)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(shù)具有線路簡(jiǎn)單，硬件開(kāi) 銷少，成本低廉，便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。單總線 適用于 單主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。主機(jī)可以是微控制器，從機(jī)可以是單總線器件，他們之間的數(shù)據(jù)交換只通過(guò)一條信號(hào)線。當(dāng)只有一個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)可按單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作；當(dāng)有從機(jī)設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)則按多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作。設(shè)備（主機(jī)或從機(jī)）通過(guò)一個(gè)漏極開(kāi)路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設(shè)備在不 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能夠釋放出總線，而讓其他設(shè)備使用總線。單總線要求外接 。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的溫度采集電路圖如圖 27所示 [3]。 圖 27 測(cè)溫電路 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 由圖可以看出， DS18B20 和單片機(jī)的連接非常簡(jiǎn)單，單片機(jī)只需要一個(gè) I/O 口就可以控制 DS18B20。這個(gè)圖的接法是單片機(jī) 與 一個(gè) DS18B20 通信，如果要控制多個(gè) DS18B20 進(jìn)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(shí)，通過(guò)讀取每個(gè) DS18B20 內(nèi)部芯片的序列號(hào)來(lái)識(shí)別。本系統(tǒng)僅操作一個(gè) DS18B20 進(jìn)行溫度采集。 顯示電路 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常都需要進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，這包括人對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)與數(shù)據(jù)輸入，以及應(yīng)用系統(tǒng)向人們顯示運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行結(jié)果等。 LED 顯示 電路由段驅(qū)動(dòng)電路和位驅(qū)動(dòng)電路組成。由于單片機(jī)的并行口不能驅(qū)動(dòng) LED 顯示器，必須采用專門的驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路能力差，即負(fù)載能力不夠，顯示器亮度就低，而且驅(qū)動(dòng)電路長(zhǎng)期在超負(fù)荷下運(yùn)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(dòng)態(tài)顯示兩種，若選擇靜態(tài)顯示，則 LED 驅(qū)動(dòng)器的選擇較為簡(jiǎn)單，只要驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力與顯示器的電流相匹配即可；動(dòng)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(hào)共同配合完成的，因此，要同時(shí)考慮段和位的驅(qū)動(dòng)能力，而且段的驅(qū)動(dòng)能力決定位 的驅(qū)動(dòng)能力 [4]。 數(shù)碼管位選代碼如圖 28所示。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 管腳數(shù) 顯示 dp g f e d c b a 十六進(jìn)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(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 報(bào)警電路 當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定溫度時(shí)，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，蜂鳴器鳴叫、二極管閃爍。蜂鳴器由單片機(jī) P3~7口控制，用三極管驅(qū)動(dòng)，電路如圖 29所示 [5]。 圖 29 報(bào)警電路 降溫、加熱電路 繼電器是一種電子控制