【正文】 P0外部電位必須被拉高。當(dāng) P1口的管腳寫“ 1”時(shí)，被定義為高阻輸入。 — GND： 接地。低功耗的閑置和掉電模式 5個(gè)中斷源 32可編程 I/O線 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10年 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 表 1 DS18B20主要命令及其功能說(shuō)明 命令碼 功能說(shuō)明 命令碼 功能說(shuō)明 33H 讀 ROM中的 64位地址序列碼 BEH 讀 9字節(jié)暫存寄存器 55H 只有地址碼匹配的 DS18B2才能接收后續(xù)的命令 4EH 寫入溫度上 /下限，緊隨其后是 2字節(jié)數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)上限和下限值 F0H 鎖定總線上 DS18B20 的個(gè)數(shù)和識(shí)別其 ROM中的 64位地址序列碼 48H 將 9字節(jié)暫存寄存器的第 3和4字節(jié)復(fù)制到 EEPROM中 ECH 只有溫度超過(guò)上限或下限的DS18B20才做出響應(yīng) B8H 將 EEPROM 的內(nèi)容恢復(fù)到暫存寄存器的第 3和 4字節(jié) 44H 啟動(dòng) DS18B20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，結(jié)果存入 9字節(jié)的暫存寄存器 B4H 讀供電模式，寄生供電時(shí)DS18B20 發(fā)送 0，外接電源時(shí)DS18B20發(fā)送 1 CCH 忽 略地址序列碼，適合單片DS18B20 單片機(jī)的選擇 (1)AT89C51的特性及引腳說(shuō)明 ① 主要特性 所有讀時(shí) 序 至少需要 60us。 在寫字節(jié)程序中的寫一個(gè) bit位的時(shí)候，沒(méi)有按照通常的分別寫 0時(shí)序和寫 1時(shí)序，而是把兩者結(jié)合起來(lái)，當(dāng)主機(jī)拉低總線后在 15us之內(nèi)將要寫的位 c給 DO：如果 c是高電平滿足 15us內(nèi)釋放總線的要求，如果 c是低電平，則 DO ＝ c這條語(yǔ)句仍然是把總線拉在低電平，最后都通過(guò)延時(shí) 58us完成一個(gè)寫時(shí)序 (寫時(shí)序 0或?qū)憰r(shí)序1)過(guò)程。 寫時(shí) 序 均起始于主機(jī)拉低總線，產(chǎn)生寫 1時(shí) 序 的方式：主機(jī)在拉低總線后，接著必須在 15us之內(nèi)釋放總線 。當(dāng)總線被釋 放后，上拉電阻將單總線拉高。 在主機(jī)初始化過(guò)程，主機(jī)通過(guò)拉低單總線至少 480us， 來(lái) 產(chǎn)生復(fù)位脈沖。發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令，再總線復(fù)位。 (2)接著主機(jī)發(fā)送 ROM命令，程序開始讀取單個(gè)在線的芯片 ROM編碼并保存在單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，把用到的 DS18B20的 ROM編碼離線讀出，最后用一個(gè)二維數(shù)組保存 ROM編碼，數(shù)據(jù)保存在 X25043中。這些命令允許主機(jī)寫入或讀出 DS18B20便箋式 RAM、啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換。這些命令與各個(gè)從機(jī)設(shè)備的 唯 一 64 位 ROM代碼相關(guān)。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)，且準(zhǔn)備就緒。當(dāng)然，搜索 ROM命令和報(bào)警搜索命令，在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后，要返回初始化。 所有的串行通訊，讀寫每一個(gè) bit位數(shù)據(jù)都必須嚴(yán)格遵守器件的時(shí)序邏輯來(lái)編程，同時(shí)還必須遵守總線命令序列，對(duì)單總線的 DS18B20芯片來(lái)說(shuō)，訪問(wèn)每個(gè)器件都要遵守下列命令序列：首先是初始化；其次執(zhí)行 ROM命令；最后就是執(zhí)行功能命令 (ROM命令和功能命令后面以表格形式給出 )。 64位光刻ROM的排列是：開始 8位（ 28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的 48位是該 DS18B20自身的序列號(hào)，最后 8位是前面 56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。 DQ為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端； GND為電源地； VDD為外接電源 。所有 ROM操作命令均為 8位長(zhǎng)。在時(shí)間片結(jié)束時(shí)， I/O 引腳經(jīng)過(guò)外部的上拉電阻拉回高電平，所有讀時(shí)間片的最短持續(xù)期為 60微秒，包括兩個(gè)讀周期間至少 1μ s的恢復(fù)時(shí)間。數(shù)據(jù)線在邏輯低電平必須保持至少 1微秒；來(lái)自 DS18B20的輸出數(shù)據(jù)在時(shí)間下降沿之后的 15微秒內(nèi)有效。 讀時(shí)間片：從 DS18B20讀數(shù)據(jù)時(shí)，使用讀時(shí)間片。有兩種類型的寫時(shí)間片：寫 1時(shí)間片和寫 0時(shí)間片。它有寫時(shí)間片和讀時(shí)間片兩種。然后以存在復(fù)位脈沖表示 DS18B20已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送或接收，然后給出正確的 ROM 命令和存儲(chǔ)操作命令的數(shù)據(jù)?？偩€經(jīng)過(guò) 。 主機(jī)發(fā)送（ Tx） 復(fù)位脈沖（最短為 480μ s的低電平信號(hào)）。經(jīng)過(guò)單線接口訪問(wèn) DC18B20必須遵循如下協(xié)議：初始化 、 ROM操作命令 、 存儲(chǔ)器操作命令和控制操作。 5 V R 地 圖 2 DS18B20與單片機(jī)的連接 由于 DS18B20只有一根數(shù)據(jù)線。 而在本遙測(cè)系統(tǒng)中采用外部電源供電溫度測(cè)量工作方式，其中電阻 R是上拉電阻，使得單線總線的空閑狀態(tài)是高電平。因此每一個(gè) DS18B20 DS18B20 數(shù)碼管 紅外發(fā)射 紅外接收 AT89C51 紅外接收 紅外發(fā)射 按鍵 數(shù)碼管 AT89C51 AT89C51 DS18B20 在出廠時(shí)已經(jīng) 給定了唯一的序號(hào)因此從理論上說(shuō)任意多個(gè) DS18B20 可以連接在一條單線總線上。 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器提供 9 位（二進(jìn)制）溫度讀數(shù)，指示器件溫度，所以無(wú)需 A/D轉(zhuǎn)換。 DS18B20 通過(guò)使用在板（ on_board）溫度測(cè)量 專利技術(shù)來(lái)測(cè)量溫度。 圖 1溫度測(cè)試系統(tǒng)和手持接 收系統(tǒng)組成框圖 DS18B20介紹 DALLAS 公司的 DS18B20 單總線數(shù)字傳感器工作溫度 范圍是 55℃ ～ 125℃ ，在 30℃ ～ 85℃ 范圍內(nèi) 溫度測(cè)量精度為 177。盡管方案二不需要 A/D，但考慮到系統(tǒng)擴(kuò)充等因素，單片機(jī)可以選用 AT98C2051。在提升單片機(jī) I/O口驅(qū)動(dòng)能力的前提下，理論上可以任意擴(kuò)充檢測(cè)的溫度點(diǎn)數(shù)。其具有下列特點(diǎn)： ① 具有高的測(cè)量精度和分辨率，測(cè)量范圍大； ② 抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好； ③ 信號(hào)易于處理 、 傳送和自動(dòng)控制； ④ 便于動(dòng)態(tài)及多路測(cè)量，讀數(shù)直觀； ⑤ 安裝方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，工作可靠性高。此方案的軟件簡(jiǎn)單，但硬件復(fù)雜，且檢測(cè)點(diǎn)數(shù)追加時(shí)，各敏感元件參數(shù)的不一致性， 都將會(huì)導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生，難以完全清除，而且成本會(huì)有較大增長(zhǎng)幅度?？紤]到一般的 A/D輸入通道都只能接收大信號(hào)，所以還要設(shè)計(jì)相應(yīng)的放大電路。 1 方案選擇 該系統(tǒng)主要由溫度測(cè)量和數(shù)據(jù)采集和發(fā)送三部分組成。 設(shè)計(jì)的核 心是環(huán)境溫度的測(cè)量以及紅外數(shù)據(jù)的發(fā)射和接收，和溫度的顯示。 其主要功能和指標(biāo)如下： 利用溫度傳感器（ DS18B20）測(cè)量某一點(diǎn)環(huán)境溫度； 測(cè)量范圍為－ 55℃～＋ 99℃，精度為177。 本設(shè)計(jì)應(yīng)用性比較強(qiáng)， 只要對(duì)電路部分稍加改裝，就可以實(shí)現(xiàn)抄讀其它的數(shù)字儀表設(shè)備：如數(shù)字電度表，數(shù)字水表等等。 本文利用單片機(jī)結(jié)合 傳感器 技術(shù)而開發(fā)設(shè)計(jì)了 紅外抄表 系統(tǒng) 。因此，了解并掌握傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。引言 隨著 “ 信息時(shí)代 ” 的到來(lái)，作為獲取信息的手段 —— 傳感器技術(shù)得到了 顯著 的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，對(duì)其要求越來(lái)越高，需求越來(lái)越迫切。傳感器技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。 為了提高對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)和了解，尤其是對(duì)溫度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實(shí)用、廣泛和典型的原則而設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)。 文中把傳感器理論與單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，詳細(xì)地講述了利用溫度傳感器 DS18B20測(cè)量環(huán)境溫度，以及實(shí)現(xiàn)紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程。 設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)具有操作方便，控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。 ℃； 用 4位數(shù)碼管進(jìn)行顯示實(shí)際溫度值顯示； 手持端通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)射測(cè)溫信號(hào)； 測(cè)溫端通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)送到手持端； 手持端可以隨時(shí)查看指定待測(cè)物體的溫度值。 文中對(duì) 每個(gè)部分功能、實(shí)現(xiàn)過(guò)程作了詳細(xì)地介紹。下面列舉兩種實(shí)現(xiàn)方案： 方案一：溫度檢測(cè)可以使用低溫?zé)崤蓟蜚K電阻，數(shù)據(jù)采集部分則使用帶有 A/D通道的單片機(jī)。而模擬信號(hào)在長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中，抗電磁干擾是令人傷腦筋的問(wèn)題。 方案二：使用單片機(jī)和數(shù)字式單總線溫度傳感器構(gòu)成。單總線溫度傳感器可以采用DALLAS公司生產(chǎn)的 DS18B20系列，這 類溫度傳感器直接輸出數(shù)字信號(hào)，且多路溫度傳感器可以掛在1 條總線上，共同占用單片機(jī)的 1個(gè) I/O口即可實(shí)現(xiàn)。 比較兩個(gè)方案后可以發(fā)現(xiàn)，方案二更適合于用作本系統(tǒng)的實(shí)施方案。 2 硬件部分 采用方案二的硬件設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，系統(tǒng)構(gòu)成如圖 1所示。 ℃ ；具有溫度報(bào)警功能，用戶可設(shè)置最高和最低報(bào)警溫度，且設(shè)置值掉電不丟失；采用 DALLAS 公司特有的單總線通信協(xié)議，只用一條數(shù)據(jù)線就可實(shí)現(xiàn)與 MCU 的通信；此外，DS18B20能夠直接從數(shù)據(jù)線獲得電源，無(wú)需外部電池供電。其溫度測(cè)量電路是通過(guò)計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期來(lái)實(shí)現(xiàn)的， DS18B20 有兩個(gè)溫度系數(shù)振蕩器，溫度測(cè)量時(shí)對(duì)高溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門開同期內(nèi)，低溫度系數(shù)振蕩器經(jīng)歷的時(shí)鐘周期的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)而得到的。信息經(jīng)過(guò)單線接口送入 DS18B20 或從 DS18B20送出，因此從主機(jī) CPU到 DS18B20僅需一條線連接，而且 DS18B20的電源可由數(shù)據(jù)線本身提供（相對(duì)于外部電源，轉(zhuǎn)換時(shí)間要延長(zhǎng)）。DS18B20的測(cè)量范圍從 55℃ 到 +125℃ ，增量為 ℃ （最高精度可達(dá) ℃ ），轉(zhuǎn)換速度小于 1s（典型值）。它與 CPU（ AT89C51）的接法如圖 2。因此它和主機(jī)（單片機(jī)）通信是需要串行通信，而 AT89C51有兩個(gè)串行端口，所以可以不用軟件來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)。要使傳感器工作，一切處理均從序列開始。 接著主機(jī)便釋放此線并進(jìn)入接收方式（ Rx）。在檢測(cè)到 I/O引腳上的上升沿之后， DS18B20等待 1560μ s,并且接著發(fā)送脈沖（ 60240μ s的低電平信號(hào)）。 DS18B20 通過(guò)使用時(shí)間片來(lái)讀出和寫入數(shù)據(jù)，時(shí)間片用于處理數(shù)據(jù)位和進(jìn)行何種指定操作的命令。 寫時(shí)間片：當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時(shí)，產(chǎn)生寫時(shí)間片。所有時(shí)間片必須有 60微秒的持續(xù)期，在各寫周期之間必須有最短為 1微秒的恢復(fù)時(shí)間。當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時(shí)產(chǎn)生讀時(shí)間片。為了讀出從讀時(shí)間片開始算起 15微秒的狀態(tài)，主機(jī)必須停止把引腳驅(qū)動(dòng)拉至低電平。 一旦主機(jī)檢測(cè)到 DS18B20的存在，它便可以發(fā)送一個(gè)器件 ROM操作命令。 DS18B20 的引腳定義和封裝形式如圖 3所示。 DS18B20的光刻 ROM中 存有 64位序列號(hào) ， 它可以看作是該 DS18B20的地址序列碼。光刻 ROM的作用是使每 一個(gè) DS18B20擁有惟一的地址序列碼，以確保在 一根總線上掛接多個(gè) DS18B20。 如果出現(xiàn)序列混亂，則單總線器件不會(huì)響應(yīng)主機(jī)。 基于單總線上的所 有傳輸過(guò)程都是以初始化開始的，初始化過(guò)程由主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和 從機(jī)響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成。 在主機(jī)檢測(cè)到應(yīng)答脈沖后，就可以發(fā)出 ROM命令。在主機(jī)發(fā)出 ROM命令，以訪問(wèn)某個(gè)指定的 DS18B20，接著就可以發(fā)出 DS18B20支持的某個(gè)功能命令。軟件實(shí)現(xiàn) DS18B20的工作嚴(yán)格遵守單總線協(xié)議： (1)主機(jī)首先發(fā) 出 一 個(gè) 復(fù)位脈沖，信號(hào)線上 的 DS18B20器件 被復(fù)位。 (3)系統(tǒng)工作時(shí)，把讀取了編碼的 DS18B20掛在總線上。 (4)然后就可以從剛才的二維數(shù)組匹配在線的溫度傳感器，隨后發(fā)溫度讀取命令就可以獲得對(duì)應(yīng)的溫度值了。接著，主機(jī)釋放總線，并進(jìn)入接收模式。在單總線器件檢測(cè)到上升沿后，延時(shí)15～ 60us，接著通過(guò)拉低總線 60240us，以產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。 產(chǎn)生寫 0時(shí) 序 的方式：在主機(jī)拉低總線后，只需在整個(gè)時(shí) 序 期間保持低電平即可 (至少 60us)。 每個(gè)讀時(shí)隙都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線 1us，在主機(jī)發(fā)起讀時(shí) 序 之后，單總線器件才開始在總線上發(fā)送 0或 1。 單片機(jī)通過(guò)命令實(shí)現(xiàn)對(duì) DS18B20的控制，其支持的主要命令如表 1所示。與 MCS51 兼容 壽命： 1000寫 /擦循環(huán) 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 128*8位內(nèi)部 RAM 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 可編程串行通道 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 AT89C51的引腳功能 ，圖 4所示 : 圖 4 AT89C51的引腳功能圖 ② 管腳說(shuō)明 — VCC：供電電壓。 — P0口： P0口為一個(gè) 8位漏級(jí)開路雙向 I/O口，每個(gè)管腳可吸收 8TTL門電流。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 — P1口： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上 拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口作為第八位地址接收。作為