【正文】 圖2－1 DS18B20 的兩種封裝 本課程設(shè)計的顯示模塊采用3位共陰極LED數(shù)碼管顯示溫度數(shù)據(jù)，兩位整數(shù)，一位小數(shù)進(jìn)行顯示，從P0口送數(shù)，P2口掃描。還有按鍵設(shè)置報警溫度值和加熱降溫電路。整個系統(tǒng)由單片機(jī)控制，能夠接收傳感器的溫度數(shù)據(jù)并顯示出來，可以從鍵盤輸入命令，系統(tǒng)根據(jù)命令，選擇對應(yīng)的溫度傳感器，并由驅(qū)動電路驅(qū)動溫度顯示。由于單片機(jī)具有強(qiáng)大的運(yùn)算和控制功能，使得整個系統(tǒng)具有模塊化、硬件電路簡單以及操作方便等優(yōu)點。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。（1）根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型要進(jìn)行—個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。（2）靈敏度的選擇通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測的信號頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。在選擇傳感器時，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。當(dāng)所要求測量精度比較低時，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。如果測量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。水銀溫度計至今仍是各種溫度測量的計量標(biāo)準(zhǔn)。代替水銀的有酒精溫度計和金屬簧片溫度計，它們雖然沒有毒性，但測量精度很低，只能作為一個概略指示。在工業(yè)生產(chǎn)和實驗研究中為了配合遠(yuǎn)傳儀表指示，出現(xiàn)了許多不同的溫度檢測方法，常用的有電阻式、熱電偶式、PN結(jié)型、輻射型、光纖式及石英諧振型等。隨著大規(guī)模集成電路工藝的提高，出現(xiàn)了多種集成的數(shù)字化溫度傳感器。 多個DS18B20可以并聯(lián)掛接在一條總線上，實現(xiàn)實現(xiàn)多點溫度采集檢測功能；2)可測溫度范圍為55～+125℃，℃；3) 內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器ROM；4) 內(nèi)含寄生電源，可直接通過數(shù)據(jù)總線供電，～；5) 零待機(jī)功耗；6)用戶可通過編程分別設(shè)定各路的溫度上、下限溫度值來實現(xiàn)報警功能；7) 適配各種微處理器；8) 報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；9) 負(fù)電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作；10) 可檢測距離遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)測量距離為150m 。 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM，溫度報警觸發(fā)器,溫度傳感器以及高速緩存器。64位光刻ROM是出廠前已被刻好的，它可以看做是該DS18B0的地址序列號，不同的器件不一樣，64位的地址序列號的構(gòu)成如表21所示。在64 b ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余校驗碼（CRC）。表3－1 64位ROM地址序列號結(jié)構(gòu)48位產(chǎn)品序列號8位產(chǎn)品序號8位CRC編碼檢驗圖3－1 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)2) 非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器(包括上限溫度觸發(fā)器TH和下限溫度觸發(fā)器TL)。3) 高速暫存器。DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶要去改動，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率,。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲器， 表3－2 DS18B20高速暫存器結(jié)構(gòu)序號寄存器名稱作用0溫度低字節(jié)以16位補(bǔ)碼形式存放1溫度高字節(jié)62TH/用戶字節(jié)1存放溫度上限值3HL/用戶字節(jié)2 存放溫度下限值5保留字節(jié)26計數(shù)器余值7計數(shù)器8CRC值此外，DS18B20內(nèi)部還包括寄生電源、電源檢測、存儲控制邏輯、8位循環(huán)冗余碼生成器（CRC）等部分。如圖32所示：圖（a）是由外電源供電，圖(b)是I/O口總線和寄生電容配合供電。電源檢測電路用于判定供電方式。在I/O線呈低電平時，改由寄生電容上的電壓繼續(xù)向器件供電。若采用外部電源，則通過二極管向器件供電。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的CRC碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲在高速暫存存儲器的第2字節(jié)。當(dāng)符號位S＝0時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號位S＝1時，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計算十進(jìn)制數(shù)值。表3－3 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時間表R1R0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時間/ms009011010113751112750表3－4　一部分溫度對應(yīng)值表溫度/℃數(shù)字輸出（二進(jìn)制）數(shù)字輸出（十六進(jìn)制）+1250000 0000 1111 101000FAH+250000 0000 0011 00100032H+0000 0000 0000 00010001H00000 0000 0000 00000000H1111 1111 1111 1111FFFFH251111 1111 1100 1110FFCEH551111 1111 1001 0010FF92H DS18B20的測溫原理每一片DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的64地址位序列號，在出廠前已寫入片內(nèi)ROM 中。程序可以先跳過ROM，啟動所有DSl8B20進(jìn)行溫度變換，之后通過匹配ROM，再逐一地讀回每個DSl8B20的溫度數(shù)據(jù)。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送給減法計數(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)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進(jìn)行計數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(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)到被測溫度值。無論是內(nèi)部寄生電源供電還是外部供電，I/O接口都要接漏極開路或三態(tài)輸出以提高負(fù)載驅(qū)動能力。實際應(yīng)用中，DS18B20可以距單片機(jī)150m遠(yuǎn)，測量數(shù)據(jù)不會產(chǎn)生誤差，在同一條數(shù)據(jù)總線上可以并接許多片DS18B20實現(xiàn)多路溫度采集。表35 DS18B20暫存器命令指令約定代碼操作說明溫度變換44H啟動DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間最長為500MS，結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中讀暫存器0BEH讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM的第3，4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟讀命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)復(fù)制暫存器48H將E2PRAM中第3，4字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到E2PRAM中重調(diào)E2PRAM0BBH將E2PRAM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第3，4字節(jié)讀 供 電方 式0B4H讀DS18B20的供電模式，寄生供電時DS18B20發(fā)送“0”，外接電源供電DS18B20發(fā)送“1”