【正文】 數(shù)據(jù)先寫入 RAM，經(jīng)校驗(yàn)后在傳給 EERAM。編碼格式如表 25。高 5 位均為符號(hào)位，高 5 位“0”表示 t0℃，“1”表示 t0℃；低 11 位則以 ℃/LSB（最低有效位）的形式表示溫度值。其中，數(shù)字位占 9 位，符號(hào)位也占一位，當(dāng)3DS18B20 工作在 12 位分辨力時(shí)，溫度與數(shù)字輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表 24。DS18B20 工作在 12 位模式下溫度字節(jié)中的位定義見表 23，表中的第一行表示溫度的低字節(jié)，第二行表示溫度的高字節(jié)，S 表示符號(hào)位。當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令（44H）后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式，存儲(chǔ)在便箋 RAM 的第 0，1 字節(jié)。在芯片出廠時(shí) R1 和 R0 均被配置為“1” ，即工作在 12 位模式下。表 22 利用 R0、R1 位來設(shè)定分辨力和最大轉(zhuǎn)換時(shí)間R1 R0 DS18B20 的工作模式/位 溫度分辨力/℃ 最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 /ms0 0 9 0 1 10 1 0 11 3751 1 12 750由表可見，設(shè)定的分辨力愈高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就愈長。R0、R1 是可編程溫度分辨力位。在便箋式 RAM 的第五分字節(jié)是CONFIG 寄存器，如下表 21表 21 CONFIG 寄存器MSB LSB0 R1 R0 1 1 1 1 1MSB 代表最高有效位，LSB 代表最低有效位。斜率累加器能對(duì)振蕩器的非線性予以補(bǔ)償，提高測量準(zhǔn)確度。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)到被測量溫度值。在計(jì)數(shù)門關(guān)閉之前若計(jì)數(shù)器已減至零，溫度寄存器匯總的數(shù)值就增加 ℃。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定。低溫度系數(shù)振蕩器用于產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率 f0，高溫度系數(shù)振蕩器則相當(dāng)于 T/f 轉(zhuǎn)換器，能將北側(cè)溫度 t 轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào) f。主機(jī)依次發(fā)出操作指令，各片 DS18B20 即可在200~500ms 之內(nèi)完成溫度轉(zhuǎn)換。主機(jī)和 DS18B20 所用的電源電壓，分別用 UCC 和 UDD表示，下同。若使用外部電源 UDD，就通過 VD2 向器件供電，此時(shí) VD1 截止。該寄生電源由兩個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)：第一，檢測遠(yuǎn)程溫度時(shí)無須本地電源；第二，在缺少正常電源時(shí)也能讀 ROM。當(dāng) I/O 線為高電平時(shí) VD1 導(dǎo)通，VD2 截止，除向 DS18B20供電外，還把部分電能儲(chǔ)存在 C 中。電源檢測電路用于判斷供電方式并輸出相應(yīng)的邏輯電平（“0”表示用寄生電源供電， “1”表示由外部電源供電） ，以便告訴暫存器能夠讀出數(shù)據(jù)和命令?；?DS18B20 的溫度報(bào)警器 10 圖 22 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖下面分別介紹各部分的工作原理。DS18B20 的內(nèi)部框圖如圖 22 所示。VDD：外接供電電源輸入端（在寄生電源接線時(shí)此腳應(yīng)接地） 。安徽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 21 DS18B20 引腳圖各引腳說明：DQ:數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端（I/O 口） 。 DS18B20 的工作原理DS18B20 采用 3 腳 PR35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝，引腳排列如圖 21 所示。，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。、下限并寫入隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM 中。出廠前就作為 DS18B20 唯一的產(chǎn)品序號(hào)，存入其 ROM 中。零功耗待機(jī) 位分辨力時(shí)的溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間是 750ms（最大） ?！?。以下為 DS18B20 的性能特點(diǎn)： 采用 Dallas 公司獨(dú)特的“單線（1Wire）總線”專有技術(shù)，通過串行通信接口（I/O）直接輸出被測溫度值。DS18B20 的同類產(chǎn)品還有 DS1820，DS18S20 和 DS1822。基于 DS18B20 的溫度報(bào)警器 8 第 2 章 設(shè)計(jì)概述 傳感器簡介由美國 Dallas 半導(dǎo)體公司（2022 年被 Maxim 收購）生產(chǎn)的 DS18B20 型單線智能溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器，可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)和大型設(shè)備中，例如多路溫度測控儀、中央空調(diào)、恒溫裝置等。 本設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容及要實(shí)現(xiàn)的功能本設(shè)計(jì)使用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 來采集溫度數(shù)據(jù)，并將采集到的溫度數(shù)據(jù)通過 DS18B20 所特有的“1Wire”一總線傳送至 AT89S52 單片機(jī)，利用 AT89S52 來對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理，并通過 LED 數(shù)碼管顯示。它把微控制器 051/805高精度數(shù)—模/模數(shù)轉(zhuǎn)換器（DAC/ADC） ，閃速存儲(chǔ)器（Flash Memory） 、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）及通信電路等集成單一芯片上，可廣泛用于工業(yè)控制。 研制單片測溫系統(tǒng)單片系統(tǒng)（System On Chip）是 21 世紀(jì)一項(xiàng)新科技產(chǎn)品，它是在芯片上集成一個(gè)系統(tǒng)或子系統(tǒng)，其集成度將高達(dá) 10 的八次方到十的九次方元件/片，這將給 IC 產(chǎn)業(yè)及IC 應(yīng)用帶來劃時(shí)代的進(jìn)步。以滿足對(duì)溫度控制的需要。其中傳感器節(jié)點(diǎn)用來實(shí)現(xiàn)溫度測量并將數(shù)據(jù)傳輸給網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點(diǎn)。數(shù)字傳感器首先將被測溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，在傳送給微控制器作數(shù)據(jù)處理，最后將測量結(jié)果傳輸給網(wǎng)絡(luò)，以便實(shí)現(xiàn)各傳感器之間、傳感器與執(zhí)行器之間，傳感器與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換及資源共享。網(wǎng)絡(luò)溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)溫度傳感器是包含數(shù)據(jù)傳感器、網(wǎng)絡(luò)接口和處理單元的新一代智能傳感器。此外，專供開發(fā)虛擬傳感器產(chǎn)品的軟件工具也已經(jīng)面市了。美國 B﹠K 公司最近已開發(fā)出一種基于軟件設(shè)置的 TEDS 型虛擬傳感器，其主要特點(diǎn)是每只傳感器都有唯一的產(chǎn)品序列號(hào)并且附帶一張軟盤，軟盤上存儲(chǔ)著對(duì)該傳感器進(jìn)行標(biāo)定的有關(guān)數(shù)據(jù)。與此同時(shí)， “虛擬傳感器”的概念也被人們所接受，這種傳感器是基于計(jì)算機(jī)平臺(tái)并且完全通過軟件開發(fā)而成的。安徽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 虛擬儀器（VI）是測量儀器、計(jì)算機(jī)和軟件這三者的有機(jī)結(jié)合。遠(yuǎn)程傳感器引線可采用普通雙絞線或者帶屏蔽層的雙絞線。最新開發(fā)的智能溫度傳感器（例如 MAX665LM83）還增加了傳感器故障檢測功能，能自動(dòng)檢測外部晶體管溫度傳感器（亦稱遠(yuǎn)程傳感器）的開路或短路故障。為防止因人體靜電放電（ESD）而損壞芯片，一些智能溫度傳感器還增加了 ESD保護(hù)電路，一般可承受 1000 到 4000V 的靜電放電電壓。此外，當(dāng)溫度超過 CPU 的極限溫度時(shí)，嚴(yán)重超溫報(bào)警輸出端(T_CRIT_A)也能直接關(guān)斷主電源，并且該端還可以通過獨(dú)立的硬件關(guān)斷電源來切斷主電源，以防主電源控制失靈。微處理器最高可承受的工作溫度規(guī)定為 TH ，臺(tái)式計(jì)算機(jī)一般為75℃，高檔筆記本電腦的專用 CPU 可達(dá) 100℃。LM76 型智能溫度傳感器增加了溫度窗口比較器，非常適合設(shè)計(jì)一個(gè)符合 ACPI(Advance Configuration and Power Interface，即“先進(jìn)配置與電源接口”)規(guī)范的溫控系統(tǒng)。若故障次數(shù)不滿足上述條件或故障不是連續(xù)發(fā)生的，故障計(jì)數(shù)器就復(fù)位而不會(huì)觸發(fā)中斷端。為了避免當(dāng)溫控系統(tǒng)受到噪聲干擾時(shí)出現(xiàn)誤動(dòng)作現(xiàn)象，在AD7416／7417/781LM75／7MAX6625／6626 等智能溫度傳感器芯片內(nèi)部，都設(shè)置一個(gè)可編程的“故障排隊(duì)(faultqueue)”計(jì)數(shù)器，專門用來設(shè)定允許被測溫度值超過溫度上、下限的次數(shù)?！啤?式 A/D 轉(zhuǎn)換器不僅能濾除量化噪聲，而且對(duì)外因元件的精度要求低；由于采用了數(shù)字反饋方式，因此比較器的失調(diào)電壓及零點(diǎn)漂移都不會(huì)影響溫度的轉(zhuǎn)換精度。為了提高傳感器的抗干擾能力，新型智能溫度傳感器(例如TMP03／0 LM7LM83)。上述溫度傳感器作為從機(jī)，可通過專用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信，由于它們的總線接口符合標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化設(shè)計(jì)，使用戶操作起來更加簡便。目前所采用的總線主要有單線(1—Wire)總線、I 2C 總線、SMBμs 和 SPI 總線。智能溫度控制器適配各種微控制器，構(gòu)成智能化溫控系統(tǒng)：它們還可以脫離微控制器單獨(dú)工作，自行構(gòu)成一個(gè)溫控儀，既可以工作在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，亦可選擇單次轉(zhuǎn)換模式。智能溫度控制器是在智能溫度傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的。智能溫度傳感器都具有多種工作模式可供選擇，主要包括單次轉(zhuǎn)換模式、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、待機(jī)模式，有的還增加了低溫極限擴(kuò)展模式，操作非常簡便。DSl629 則在片內(nèi)集成了 32 字節(jié)的靜態(tài)存儲(chǔ)器(RAM)。例如，DSl629 型單線智能溫度傳感器增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘(RTC)，使其功能更加完善。以 AD7817 型 5 通道智能溫度傳感器為例，它對(duì)本地傳感器、每一路遠(yuǎn)程傳感器的轉(zhuǎn)換時(shí)間分別僅為27μs、9μs?！?，為實(shí)現(xiàn)精密測量溫度創(chuàng)造了有利條件。日前，國外己相繼推出多種高精度、高分辨率的智能溫度傳感器，所用的是 9 到 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，分辨率一般可達(dá) 到 ℃。圖 11 MAX1298／1299 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部電路圖 智能溫度傳感器發(fā)展的新趨勢安徽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 進(jìn)入 21 世紀(jì)之后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。當(dāng)芯片溫度或遠(yuǎn)程被測溫度超過最高允許溫度時(shí)，經(jīng)過串行接口可輸出溫度越限報(bào)警信號(hào)，再通過相應(yīng)的控制電路起到過熱保護(hù)作用。MAXl298 和 MAXl299 具有兩種輸入方式：差分輸入或單端輸入。芯片中主要包括七部分；內(nèi)部溫度傳感器( 用于測量本地溫度)，遠(yuǎn)程測溫通道(外接 2N3904 型 NPN 晶體管，利用其發(fā)射結(jié)來測量遠(yuǎn)程溫度)，多路轉(zhuǎn)換開關(guān)(即模擬輸入轉(zhuǎn)換器)，12 位 ADC，內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源，時(shí)鐘電路和 3 線串行接口電路。l℃。 內(nèi)含溫度傳感器的專用集成電路值得重視的是，目前配置有溫度傳感器的新型專用集成電路也己問世了。智能溫度控制器適配備種微控制器，構(gòu)成智能化溫控系統(tǒng)：它們還可以脫離微控制器單獨(dú)工作，自行構(gòu)成一個(gè)溫控儀，既可以工作在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，亦可選擇單次轉(zhuǎn)換模式。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)。智能溫度傳感器具有以下三個(gè)顯著特點(diǎn)：第一，能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各微控制器(MCU)；第二，能以最簡方式構(gòu)成高性價(jià)比、多功能的智能化溫度測控系統(tǒng)；第三，它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實(shí)現(xiàn)測試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。智能溫度傳感器是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測試技術(shù)的結(jié)晶，它也是集成溫度傳感器領(lǐng)域中最具活力和發(fā)展前途的一種新產(chǎn)品。某些增強(qiáng)型集成溫度控制器 (例如 TC652／653)中還包含了 A/D 轉(zhuǎn)換器以及固化好的程序，這與智能溫度傳感器有某些相似之處，但它自成系統(tǒng)，工作時(shí)并不受微處理器的控制，這是二者的主要區(qū)別。典型產(chǎn)品有 AD590、AD59TMP1LMl35 等。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一(僅測量溫度)、測溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗，適合遠(yuǎn)距離測溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校難。 模擬集成溫度傳感器集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成傳感器。其主要缺點(diǎn)是外圍電路比較復(fù)雜、測量精度較低、分辨率不高、需進(jìn)行溫度校準(zhǔn)( 例如非線性校準(zhǔn)、溫度補(bǔ)償、傳感器標(biāo)定等)，另外它們的體積較大、使用也不夠方便。此類傳感器通常要配溫度變送器，以獲得標(biāo)準(zhǔn)的模擬量(電壓或電流)輸出信號(hào)。近百年來，溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件)；模擬集成溫度傳感器／控制器；智能溫度傳感器(即數(shù)字溫度傳感器)。在此我們用到的集成溫度傳感器。溫度傳感器隨溫度變化而引起物理參數(shù)變化的有：膨脹、電阻、電容、熱電動(dòng)勢、磁性能、頻率、光學(xué)特性及熱噪聲等等。溫度傳感器是通過物體隨溫度變化而改變某種特性來間接測量的。溫度的測量及控制對(duì)保證產(chǎn)品的質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到非 常重要的作用。 集成溫度傳感器的介紹在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究過程中，溫度是需要測量和控制的重要參數(shù)之一。但依靠人工檢測既浪費(fèi)時(shí)間、物力、人力， 又有一定的危險(xiǎn)性，且測量的數(shù)據(jù)也不準(zhǔn)確；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，各種農(nóng)作物的生長都跟溫度有直接的關(guān)系，掌握了溫度的變化就可以更好的控制農(nóng)作物的生長。溫度檢測系統(tǒng)應(yīng)用十分廣闊。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多時(shí)候都需要對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。目前國內(nèi)外各大電氣公司，大的半導(dǎo)體廠商正在不斷的開發(fā)、使用單片機(jī)，使其無論在控制能力，減小體積，降低成本，還是開發(fā)環(huán)境的改善等方面，都得到空前迅速的發(fā)展。單片機(jī)以其集成度高、運(yùn)算速度快、體積小、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉等優(yōu)勢，在過程控制、數(shù)據(jù)采集、機(jī)電一體化、智能化儀表、家用電器以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面得到了廣泛的應(yīng)用，特別是單片機(jī)嵌入式技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)發(fā)展史上又一個(gè)新的里程碑。這條道路就是芯片化道路?；?DS18B20 的溫度報(bào)警器 2 第 1 章 緒論 系統(tǒng)背景溫度采集控制系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。本文討論基于數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 來構(gòu)造的溫度報(bào)警系統(tǒng)，對(duì) DS18B20 測得的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼顯示，當(dāng)溫度超出之前設(shè)定的溫度范圍時(shí)蜂鳴器發(fā)出響聲報(bào)警。如在流感等傳染性疾病爆發(fā)季節(jié)，通過這樣的系統(tǒng)，只要檢測到溫度超過設(shè)定的正常人體體溫就會(huì)發(fā)出報(bào)警，這樣及能