【正文】 H℃ 1111 1111 0101 1110 FF5EH℃ 1111 1110 0110 1111 FE6FH55℃ 1111 1100 1001 0000 FC90H 功能命令DS18B20 包括 1 條溫度轉(zhuǎn)換命令和 5 條存儲器功能命令，他們是：寫便箋存儲器、讀便箋存儲器、復(fù)制便箋存儲器、回讀 EEPROM 和讀電源命令。器件上電時溫度寄存器的值是 85℃。 工作原理DS18B20 的核心是一個數(shù)字化的傳感器，可以把55℃～+125℃的溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。測量結(jié)果放在 DS18B20 的寄存器里，用讀寄存器命令可以把寄存器中數(shù)據(jù)讀出。成功執(zhí)行完一條 ROM 操作序列后，即可進(jìn)行存儲器和控制操作，控制器可以提供6 條存儲器和控制操作指令中的任一條。因此，控制器必須首先提供 5 個 ROM 操作命令之一：讀ROM、2）匹配 ROM、3 ）搜索 ROM、4）跳過 ROM、5）報警搜索。DS18B20有三個主要數(shù)字部件：1）64 位激光ROM ；2）溫度傳感器；3）便箋存儲器； DS18B20方框圖DS18B20 依靠一個單線端口通訊。其工作方式等同于搜索 ROM 命令，且完成條件搜索循環(huán)后，主機(jī)必須返回至命令序列的初始化步驟。比如主機(jī)可以通過該命令啟動總線上所有的溫度傳感器開啟溫度轉(zhuǎn)換，或同時啟動所有的 A/D 轉(zhuǎn)換，這樣，主機(jī)可以只通過匹配 ROM 來讀出每個設(shè)備的數(shù)據(jù)，從而節(jié)省了大量的時間，提高單總線系統(tǒng)的可靠性。? 匹配 ROM（代碼為 55H）主機(jī)發(fā)出匹配 ROM 命令后，要跟隨 64 位的單總線設(shè)備的序列號，僅當(dāng)總線上的從機(jī)與 64 位序列號完全一致時，才會響應(yīng)主機(jī)后續(xù)發(fā)出的命令，而其他的設(shè)備則處于等待復(fù)位脈沖的狀態(tài)。? 讀 ROM（代碼為 33H）該命令適用于總線上只有一個設(shè)備的情況，主機(jī)通過該命令讀出從機(jī)的序列號，而無需執(zhí)行搜索 ROM 過程。圖 單總線復(fù)位時序 單總線通信的 ROM 命令? 搜索 ROM（代碼為 F0H）當(dāng)系統(tǒng)上電時，主機(jī)通過總線找出從機(jī)的 ROM 序列號，這樣主機(jī)就可以判斷出從機(jī)的數(shù)目和類型。圖 單總線寫時隙圖 單總線讀時隙 單總線通信的初始化單總線上的所有通信都是以初始化開始的，初始化包括主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)發(fā)出的應(yīng)答脈沖，這一過程如圖 所示。單總線設(shè)備的序列號共 64 位 8 個字節(jié)，其中第一個字節(jié)表示器件的家族碼，如數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 的家族碼是 28H；中間六個字節(jié)表示的是器件的序列號；序列號最后 8 位表示的是前面 56 位的 CRC 校驗(yàn)碼，通過校驗(yàn)讀出的這 64 位數(shù)字的 CRC校驗(yàn)結(jié)果，即可保證數(shù)據(jù)通信的正確性。圖 單總線接口硬件結(jié)構(gòu) 單總線芯片序列號單總線一個基本的特色就是每一個芯片都有一個唯一的序列號，任何兩個單總線設(shè)備的序列號都不會重復(fù)。個別器件可以通過總線獲得工作電源，當(dāng)數(shù)據(jù)線為高電平時，電荷存儲在器件內(nèi)部；當(dāng)數(shù)據(jù)線為低電平時，器件通過這些電荷來提供能量。所以，該種網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模靈活可變，網(wǎng)絡(luò)中的單總線設(shè)備可以幾個或上千個，在理論上幾乎不存在限制，由于微型局域網(wǎng)的組網(wǎng)十分簡單，只需一對普通的雙絞線就能組網(wǎng)，因而具有組網(wǎng)快、成本低等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于現(xiàn)場應(yīng)用，使現(xiàn)場總線技術(shù)的一種新的選擇。作為一種主從式網(wǎng)絡(luò)，可以由單片機(jī)或者個人電腦作為網(wǎng)絡(luò)上中的主設(shè)備，而網(wǎng)絡(luò)中的其他單總線設(shè)備都作為從設(shè)備。目前，Dallas 公司采用單總線接口的芯片具有多個種類，包括數(shù)字溫度計，數(shù)字電位器，A/D 轉(zhuǎn)換器， RAM 或 EEPROM 存儲器等。與目前多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)通信方式不同，它采用單根信號線，且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。14 DB7 H/L 數(shù)據(jù) 715 PSB H/L 并/串行接口選擇：H并行；L串行16 NC 空腳17 /RET H/L 復(fù)位 低電平有效18 NC 空腳19 LED_A 背光源正極（LED+5V）20 LED_K 背光源負(fù)極（LEDOV） 接口時序圖 寫液晶數(shù)據(jù)時序模塊有并行和串行兩種連接方法（8 位并行連接方式時序圖如圖 ）：寫資料到模塊。 串行片選信號5 R/W(SID) H/L 并行的讀寫選擇信號；串行的數(shù)據(jù)口6 E(CLK) H/L 并行的使能信號；串行的同步時鐘7 DB0 H/L 數(shù)據(jù) 0 AT89S52 單片機(jī)的管腳排列 AT89S52 引腳排布圖AT89S52特性：? 與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容；? 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器；? 不少于 1000 次擦寫周期；? 三級加密程序存儲器；? 32 個可編程 I/O 口線；? 三個 16 位定時器/計數(shù)器；? 八個中斷源；? 全雙工 UART 串行通道；? 低功耗空閑和掉電模式；? 掉電后中斷可喚醒；? 看門狗定時器；? 雙數(shù)據(jù)指針；? 掉電標(biāo)識符； 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖EA/VP 31X119 X218RESET9RD17 WR16INT012 INT113T014 T115P101 P112P123 P134P145 P156P167 P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P30TXD 11RXD 10VCC 40GND20U1AT89S52GNDWRRSTRDVCCNC1GND2VCC 4OUT 3X1P10DQP12P14P15P16P17BELLP485MR 1VCC2GND3PFI4 PFO5 WDI6RST 7WDO 8U4MAX813LRSTVCCWDID11N4148S1X1X1 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖 PT12864M 液晶顯示器SPRT12864M 漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置 8192 個中文漢字（16X16 點(diǎn)陣） 、128 個字符（8X16 點(diǎn)陣）及 64X256 點(diǎn)陣顯示 RAM（GDRAM） 。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 8051產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在下位機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過液晶顯示器實(shí)時顯示環(huán)境信息，通過 RS485 網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)端得上位機(jī)。溫度傳感器采用 DS18B20 傳感器。經(jīng)過對本系統(tǒng)的分析，最終處理器決定采用 AT89S52 單片機(jī)，采用單總線方式采集環(huán)境的信息。CAN 總線使用雙絞線或其他電纜進(jìn)行通信，傳輸速率可達(dá) 1Mbps。根據(jù)不同的需要或以主從方式。方案三：CAN 總線通信網(wǎng)絡(luò)CAN 總線是德國奔馳公司 80 年代為解決汽車眾多控制設(shè)備與儀器儀表之間的數(shù)據(jù)交換的一種串行通信協(xié)議。一般 15 米長的雙絞線最大傳輸速率僅為 1Μbps。理論上 RS485 標(biāo)準(zhǔn)最多接入 32 個設(shè)備（受芯片驅(qū)動能力的影響） ，可以工作在雙工或全工模式下，最大傳輸距離約為 1219 米，最大傳輸速率約為 10Μbps。方案二：RS485 通信方式RS485 標(biāo)準(zhǔn)是由電子工業(yè)協(xié)會和通訊工業(yè)協(xié)會共同制訂和開發(fā)的。 RS232 是為點(diǎn)對點(diǎn)（即只用一對收、發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計的，其驅(qū)動器負(fù)載為 3～7kΩ。雖然串口系統(tǒng)要比并口系統(tǒng)復(fù)雜，但在數(shù)據(jù)傳輸時卻比并口系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)線少，因而效率也更高。液晶顯示方式是靜態(tài)顯示，在實(shí)驗(yàn)中只需更新數(shù)據(jù)即可。在本設(shè)計中要實(shí)現(xiàn)的信息多，用液晶顯示器可以充分輸出系統(tǒng)所有信息。液晶顯示器具有厚度薄，使用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動，易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用。但是由于數(shù)碼管的特性，只能顯示簡單的字符，且數(shù)碼管占用資源較多，由于單片機(jī) I/O 驅(qū)動能力不強(qiáng)，而且軟件編制麻煩，在本設(shè)計中不選擇該方案。數(shù)碼管可以理解為封裝了 8 個發(fā)光二極管的元件。 顯示器的選擇方案一：LED 數(shù)碼管顯示器LED 是一種較為常用的發(fā)光元件。用戶可以設(shè)定報警溫度存儲在片內(nèi)的 EEPROM 中，掉電后依然保存。目前常見的電阻器有正溫度系數(shù)熱敏電子和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻兩種。方案二：熱敏電阻傳感器熱敏電阻傳感器是一種敏感元件，用在傳感電路中電子元件，只要為基片加上電極，用在電路中，通過熱敏電阻器阻值的變化測量環(huán)境溫度的變化。作為一種高阻電流源，最高可達(dá) 20ΜΩ，所以它不必考慮選擇開關(guān)或 CMOS 多路轉(zhuǎn)換器所引入的附加電阻造成的誤差。注意 R 的阻值不能取得太大，以保證 AD590 兩端電壓不低于 3V。 傳感器的選擇 溫度傳感器方案一：模擬溫度傳感器 AD590AD590 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的電流輸出型溫度傳感器，供電電壓范圍為3~30V，輸出電流 223μ?。?0℃）~423μΑ（+150 ） ，靈敏度為 1μΑ/℃。 CPU 功能上增加 DSP 指令集提供增強(qiáng)的 16 位和 32 位算術(shù)運(yùn)算能力，提高了性能和靈活性。一般來講比等價的 32 位代碼節(jié)省達(dá) 35%，卻能保留 32 位系統(tǒng)的所有優(yōu)勢。方案四：ARM 處理器ARM 處理器是 Acorn 計算機(jī)有限公司面向低預(yù)算市場設(shè)計的第一款 RISC 微處理器。 Microchip 強(qiáng)調(diào)節(jié)約成本的最優(yōu)化設(shè)計，是使用量大，檔次低，價格敏感的產(chǎn)品。方案三：Microchip 單片機(jī)Microchip 單片機(jī)是市場份額增長最快的單片機(jī)。其生產(chǎn)的 AT90系列是增強(qiáng)型 RISC 內(nèi)載 FLASH 單片機(jī)，通常稱為 AVR 系列。根據(jù)具體系統(tǒng)要求選用不同公司合適的型號，可以完成很多設(shè)計。方案一：8051 系列單片機(jī)8051 單片機(jī)最早是由 Intel 公司推出，其后，多家公司購買了 8051 的內(nèi)核，使得以 8051 為內(nèi)核的 MCU 系列單片機(jī)在世界上產(chǎn)量最大，應(yīng)用也最廣泛 。第二章 方案論證及選型通過對該系統(tǒng)的調(diào)查研究，可以得到系統(tǒng)的總體框圖如下 圖 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)主要由單片機(jī)系統(tǒng)、單總線傳感器網(wǎng)絡(luò)、顯示部分、數(shù)據(jù)采集、通信部分和上位機(jī)數(shù)據(jù)采集軟件幾個部分組成。數(shù)據(jù)處理、分析、顯示：通過單片機(jī)采集單總線的數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)學(xué)運(yùn)算，CRC 校驗(yàn)，軟件濾波等技術(shù)處理后，用液晶顯示器實(shí)時顯示溫度大小。本課題的主要內(nèi)容如下：數(shù)據(jù)采集：制作單總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集溫度大小。通過 WINDOWS 平臺的數(shù)據(jù)采集軟件，顯示下位機(jī)采集的溫度數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程監(jiān)控對現(xiàn)場一些數(shù)據(jù)實(shí)時測試，以及環(huán)