【正文】 DS18B20 是單總線器件，接口線路簡單，體積小 ， 測溫范圍在 55～ +125℃；轉(zhuǎn)換精度 9～12 位 ， 可編程確定轉(zhuǎn)換的位數(shù) ； 采用“一線總線”的數(shù)字傳輸方式 及兩種供電模式 ，提高 了 系統(tǒng)的抗干擾性，適合 多種 環(huán)境 的 溫度測量。此種方案和傳統(tǒng)的利用硬件電路 對熱敏電阻溫度非線性特性進(jìn)行線性化 相比， 可以消除硬件參數(shù)隨溫 度變化而引起的測量誤差， 線路簡單， 成本相對便宜 ， 利于維護(hù)。 方案 比較 與 選擇 本次設(shè)計中對于溫度傳感器設(shè)計了以下兩種方案： 方案一： 利用 熱敏電阻 NTC 溫度傳感器 組成測溫電路， 經(jīng)過溫度 ——頻率變換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換， 由于這樣做的溫度傳感器的線性特性不是很山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 17 好，測量誤差較大，為此 利用單片機(jī)的計算和查表功能對熱敏電阻的溫度非線性特性進(jìn)行線性化處理， 這樣就提高了 熱敏電阻測溫精度。 2) 在理論上單總線上可掛接任意多個 DS18B20，但在實際應(yīng)用時并非如此，當(dāng)單總線上所掛 DS18B20 超過 8 個時，就需要解決總線驅(qū)動問題； 3)連接 DS18B20 的總線電纜是有長度限制的，當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過 50m 時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。 1) 在對 DS18B20 進(jìn)行編寫程序時，必須嚴(yán)格保證讀 /寫時序，否則將無法讀取測量結(jié)果 所有電壓參考點 為 接地點， VDD 低至 時，溫度轉(zhuǎn)換精度177。如： 0550H 為 +85， 0191H 為 ， FC90H 為 55。 當(dāng)溫度傳感器 DS18B20 的轉(zhuǎn)換精度設(shè)置為“ 12”時，它 用 12 位存貯溫 度 值，最高位為符號位。如果是寄生電源，則發(fā)回“ 0”，如果是 VDD山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 16 供電，則發(fā)回“ 1”，這樣總線控制器就能決定是否有 DS18B20 需要強(qiáng)上拉。 如圖 所示為 DS18B20 的兩種電源連接方式。外部電源供電方式是 DS18B20 的最佳工作方式，工作穩(wěn)定可靠，即使 VCC 降到了 3V時，依然能夠保證溫度測量精度 。特別是當(dāng)溫度高于 100℃時，由于此時 DS18B20 表現(xiàn)出的漏電流比較大 ，通訊可能無法進(jìn)行，因此應(yīng)使用外部電源供電方式。 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，直到高電平到來再給寄生電源 (電容 )充電。引腳定義如下： DQ 為數(shù)字信號 I/O端； GND 為 接地端 ； VDD 為外接供電電源輸入端 (在寄生電源接線方式時VDD 接地 )， NC 表示懸空。這個字節(jié)是以上八個字節(jié)的 CRC 碼。暫存器的結(jié)構(gòu)為 8 個字節(jié)的存儲器。當(dāng)在單線總線上通訊時，暫存器幫助確保數(shù)據(jù)的完整性。 6) Read Power Supply [B4h]：獲取器件的電源模式：“ 0” =寄生電源，“ 1” =外部電源。 4) Convert T [44h]：啟動一次溫度轉(zhuǎn)換而無需其他數(shù)據(jù)。 2) Read Scratchpad [BEh]：讀取暫存器的內(nèi)容。 5) Alarm Search [ECh]：響應(yīng)最近一次測溫遇到符合報警條件的情況。 3) Skip ROM [CCh]：此后的指令將對在線所有器件起作用。進(jìn)僅總線上存在單個器件時才能使用，否則會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。此外，單總線控制器還提供了 5 個 ROM 操作命令和 6 個 RAM 操作指令。只有建立了 ROM 操作協(xié)議，才能對 DS18B20 進(jìn)行控制操作。 該 64 為只讀存儲 器號常用于元器件的識別和匹配。 暫存器 溫度傳感器 上限觸發(fā) TH 下限觸發(fā) TL 存儲器和控制寄存器 8 位 CRC 暫存器 64 位 ROM和單線端口 電源探測 二極管 二極管 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 13 圖 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 如前所述，每只 DS18B20 都有一個唯一的長達(dá) 64 位的 只讀存儲器號 ，該 只讀存儲器號 存放在 DS18B20 內(nèi)部的 ROM 中。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及 功能 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。 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器 的主要特性有： 1)適應(yīng)電壓范圍寬： ， 也 可由數(shù)據(jù)線供電，零待機(jī)功耗； 2)單線接口方式，僅需一個端口就可以與 CPU連接實現(xiàn)雙向通訊； 3)可編程分辨率為 9～ 12 位，對應(yīng) 溫度轉(zhuǎn)換時間為 ～ 750ms，對應(yīng)溫度分辨率為 ℃， ℃， ℃， ℃，可實現(xiàn)高精度測溫； 4)測溫范圍 55℃～ +125℃，在 10℃～ +85℃內(nèi)測溫精度為177。由于采用單總線，而且每一個 DSl8B20 在出廠時已經(jīng)給定了唯一的序號，因此任意多個 DSl8B20 可以在同一條單線總線上 工作 ，從而實現(xiàn)多山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 12 點組網(wǎng)功能，節(jié)約了成本，方便了設(shè)計。 DS18B20數(shù)字溫度傳感器 是美國 Dallas公司繼 DS1820之后推出的增強(qiáng)型單總線溫度傳感器，它具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、可組網(wǎng)等優(yōu)點，在實際應(yīng)用中取得了良好的測溫效果。 DS18B20 數(shù)字 溫度傳感器 DS18B20 簡介 在傳統(tǒng)的模擬信號遠(yuǎn)距離溫度測量系統(tǒng)中，為達(dá)到較 高的測量精度需要很好的解決引線誤差補償、多點測量切換誤差及放大電路零點漂移誤差等技術(shù)問題。由于其具有低電壓、超低功耗、數(shù)據(jù)處理能力 強(qiáng)大 、片內(nèi)外資源 豐富 的特點 ，而且有 16個中斷源，可以嵌套使用，通過中斷將 CPU 從低功耗模式下喚醒， 所以 可以編寫出實時性很高的程序 且 實現(xiàn)系統(tǒng)低功耗的要求。即使在掉電狀態(tài)下電源電壓降到 2V，但 耗電電流仍達(dá)到 50uA，功耗比較大。 89C51 單片機(jī)的工作電壓為5V，有兩種低功耗模式：待機(jī)方式和掉電方式。 方案比較與選擇 本次系統(tǒng)設(shè)計的核心處理器有兩種選擇 ： 一個是本科期間學(xué)習(xí)過 的 且目前被廣泛使用的 89C51 單片機(jī)，另一個就是上文所介紹的 具有 超低功耗特性的 MSP430 系列單片機(jī)。如： P1DIR=0xff。如對于 P1 口的任何一個中斷，程序都會執(zhí)行 P1 口的中斷服務(wù)子程序，在該程序中根據(jù) P1IFG 標(biāo)志位來判斷具體是哪一個 I/O 口發(fā)生了中斷，如本次系統(tǒng)設(shè)計程序中對于鍵值的判斷 [15]。定義中斷的方式有兩種：一種是 ： __interrupt [PORT1_VECTOR] void PORT1(void) 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 10 這種方式比較常用；另一種是 ： pragma function=interrupt void PORT1( ) { } prama function=default 與前者相比，后者的缺點是編譯命令不能提供矢量選項。若想返回主程序時退出休眠， 可 通過一些軟件手段在退出中斷前修改堆棧內(nèi)的值 。 MSP430 單片機(jī)的所有的大部分功能模塊均能夠在不需要 CPU干預(yù)的情況下獨立工作且能引發(fā)中斷，所以在對 MSP430 進(jìn)行編程時，軟件的基本結(jié)構(gòu)之一就是先向某工作模塊發(fā)出工作指令，然后 CPU休眠，等待模塊操作完畢后產(chǎn)生中斷 ， 喚醒 CPU 繼續(xù)下面的任務(wù)，從而將CPU運行的時間降到 最少，功耗降到最低。 表 基本時鐘系統(tǒng)操作模式 控制位 工作模式 CPU狀態(tài)、振蕩器及時鐘 SCG1 SCG0 OSC Off CPU Off 0 0 0 0 活動模式（ AM） CPU、 MCLK、 SMCLK、 ACLK 均處于活動狀態(tài) 0 0 0 1 低功耗模式 0（ LMP0） CPU、 MCLK禁止 0 1 0 1 低功耗模式 1（ LMP1） CPU、 MCLK 禁止，在活動模式，如果 DCO為用作 MCLK及 SMCLK，則直接流發(fā)生器保持有效； ACLK活動 1 0 0 1 低功耗模式 2（ LMP2） CPU、 MCLK、 SMCLK禁止，如果 DCO 為用作 MCLK及SMCLK，則直接流發(fā)生器保持有效； ACLK 活動 1 1 0 1 低功耗模式 3（ LMP3） 僅 ACLK有效 1 1 1 1 低功耗模式 4（ LMP4） C