【正文】 設計 對于每個系統(tǒng)工程的晶振電路，都是用于單片機工作所需要的時鐘信號，單片機只有在時鐘信號的控制下，其各部件之間才能協(xié)調(diào)一致工作，時鐘信號控制著計算機的工作節(jié)奏。這種方式稱之為基于單片機的數(shù)字溫度計設計 11 內(nèi)部的時鐘源方式。另外，振蕩器的頻率只要由石英晶振的頻率來決定本次設計選用 12MHz。 （ 2） 獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 。 （ 4） 測 溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10℃ ～ +85℃ 時精度為 177。 （ 5） 可編程的分辨率為 9～ 12位，對應的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃和 ℃ ，可實現(xiàn)高精度測溫 。 （ 7） 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 “ 一線總線 ” 串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 。 西南石油大學本科畢業(yè)設計 12 DS18B20 的外形和內(nèi)部結(jié)構 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構如圖 ，主要由 4 部分組成： 64 位 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。 I/O C VDD 圖 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構 圖 DS18B20的管腳排列 64 位ROM和單線接 口 高速緩存 存儲器 存儲器和控制器 8 位 CRC 生成器 溫度傳感器 低溫觸發(fā)器 TL 高溫觸發(fā)器 TH 配置寄存器 電源檢測 基于單片機的數(shù)字溫度計設計 13 表 33 DS18B20引腳定義 ： 序號 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。當工作 于寄生電源時，此引腳必須接地。 64位 ROM 的循環(huán)冗余校驗碼（ CRC=X8＋ X5 ＋ X4 ＋ 1 ）。 DS18B20 溫度值格式表 44如下所示。 64位 ROM 的循環(huán)冗余校驗碼（ CRC=X8＋ X5＋ X4＋ 1）。 DS18B20 中溫度傳感器完 成對溫度的側(cè)量，用 16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供， 以 ℃ /LSB 形式表達，其中 S為符號位。 這是 12位轉(zhuǎn)化后得到的 12位數(shù)據(jù)，存儲在 DS18B20 的兩個 8 比特的 RAM 中，二進制中的前面 5位是符號位，如果測得的溫度大于 0，這 5位為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0，這 5位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1再乘于 即可得到實際溫度。 表 34 DS18B20溫度值格式表 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 LS Byte 23 22 21 20 2 1? 2 2? 23? 24? bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 MS Byte S S S S S 26 25 24 西南石油大學本科畢業(yè)設計 14 （ 2） 高低溫報警觸發(fā)器 TH和 TL DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲 器包括一個高速暫存 RAM和一個非易失性的可電擦除的 EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、 TL 和結(jié)構寄存器。 表 35 配置寄存器結(jié)構 TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是 “ 1” ， TM是測試模式位，用于設置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式。 R1 和 R0 用來設置分辨率，如下表 36所示（ DS18B20 出廠時被設置為 12 位） [5]。開始兩個字節(jié)包含被測溫度的數(shù)字量信息；第 5字節(jié)分別是 TH、 TL、配置寄存器的臨時拷貝，每一次上電復位時被刷新；第 8字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯 1；第 9字節(jié)讀出的是前面所有 8 個字節(jié)的 CRC碼，可用來保證通信正確。 表 37 DS18B20暫存寄存器分布 寄存器內(nèi)容 字節(jié)地址 溫度值低位 （ LS Byte） 0 溫度值高位 （ MS Byte） 1 高溫限值（ TH） 2 低溫限值（ TL） 3 配置寄存器 4 保留 5 保留 6 保留 7 CRC校驗值 8 基于單片機的數(shù)字溫度計設計 15 DS18B20 的工作時序 DS18B20 的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ ROM 操作指令→存儲器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。 DS18B20 等待 DS18B20Tx 產(chǎn)生 15us— 16us 脈沖 60240 主機復位脈沖 VCC 480usTX960us 主機 Rx min480us 1Wire Bus GND 圖 （ a）初始化時序 主機寫“ 0”時隙 主機寫“ 1”時隙 VCC 60usTX120us 1ustxcc∞ 1Wire Bus GND DS18B20 采樣 1us DS18B20 采樣 15us MIN TYP MAX MIN TYP MAX 15us 30us 15us 15us 30us 圖 （ b）寫時序 VCC 主機讀“ 0”時隙 主機讀“ 1”時隙 1Wire Bus GND 主機采樣 1us 15us 15us 30us 主機采樣 15us 圖 （ c）讀時序 主機控制 DS18B20 完成任何操作之前必須先初始化，即主機發(fā)一復位脈沖 (最短為 480us 的低電平 )，接著主機釋放總線進入接收狀態(tài)， DS18B20 在檢測到 I/O 引腳上的上升沿之后，等待 1560us 然后發(fā)出存在脈沖 (60240us 的低電平 )。在 15us 之內(nèi)將所需寫的位送到數(shù)據(jù)線上，在 15us 到 60us 之間對數(shù) 據(jù)線進行采樣，如果采樣為高電平，西南石油大學本科畢業(yè)設計 16 就寫 1，如果為低電平，寫 0 就發(fā)生。 讀時間片 :主機將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平 1us 以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產(chǎn)生讀起始信號。每個讀周期最短的持續(xù)期為 60us,各個讀周期之間也必須有 1us 以上的高電平恢復期。圖 （ a）中 DS18B20 采用寄 生電源方式，其 VDD 和 GND 端均接地，圖 （ b）中 DS18B20 采用外接電源方式，其 VDD 端用 3V～ 電源供電 [6]。只有在總線上存在單只 DS18B20 的時候才能用這個命令。 （ 2） Match ROM [55H] 這是個匹配 ROM 命令，后跟 64位 ROM 序列，讓總線控制器在多點總線上定位一只特定的 DS18B20。所有和 64 位 ROM 序列不匹配的從機都將等待復位脈沖。 基于單片機的數(shù)字溫度計設計 17 （ 3） Skip ROM [0CCH] 這個命令允許總線控制器不用提供 64 位 ROM 編碼就使用存儲器操作命令，在單點總線情況下，可以節(jié)省時間?？偩€上發(fā)生數(shù)據(jù)沖突（漏極開路連在一起形成“與”的效果）。搜索 ROM 命令允許總線控制器用排除法識別總線上的所有從機的 64位編碼。然而，只有在最近一次測溫后遇到符合報警條件的情況， DS18B20 才會響應這條命令。只要 DS18B20 不掉電，報警狀態(tài)將一直保持，直到再一次測得的溫度值達不到報警條件?？梢栽谌魏螘r刻發(fā)出復位命令來中止寫入。讀取將從第 1字節(jié)開始，一直進行下去，直到第 9（ CRC）字節(jié)讀完。 （ 8） Copy Scratchpad[48H] 這個命令把暫存 器的內(nèi)容拷貝到 DS18B20 的 E2 ROM 存儲器里，即把溫度報警觸發(fā)器字節(jié)存入非易失性存儲器里。如果使用寄生電源，總線控制器必須在這條命令后立即啟動強上拉，并最少保持 10ms。溫度轉(zhuǎn)換命令被執(zhí)行，而后DS18B20 保持等待狀態(tài)。西南石油大學本科畢業(yè)設計 18 如果使用寄生電源，總線控制器必須在發(fā)出這條命令后立即啟動強上拉，并最少保持500ms 以上時間。這種拷貝操作在 DS18B20 上電時自動執(zhí)行，這樣一上電暫存器里馬上存在有效的數(shù)據(jù)了。 （ 11） Read Power Supply[0B4H] 若把這條命令發(fā)給 DS18B20 后發(fā)出讀時間隙，器件會返回它的電源模式： 0 為寄生電源， 1為外部電源 [6]。另外需要一個與門實現(xiàn)與中斷端口的連接。 基于單片機的數(shù)字溫度計設計 19 圖 報警電路 設計 三極管 8550 驅(qū) 動蜂鳴器：報警電路如圖 Q5 來驅(qū)動蜂鳴器 BUZ1。四位數(shù)碼管的顯示電路如圖 所示，從左到右依次是百位，十位，個位，十分位。 MAX232 的引腳圖如圖 所示 ： 圖 MAX232引腳圖 基于單片機的數(shù)字溫度計設計 21 引腳介紹 [7]： 第一部分是電荷泵電路。功能是產(chǎn)生 +12v 和 12v 兩個電源，提供給 RS232 串口電平的需要。由 1 1 1 14 腳構成兩個數(shù)據(jù)通道。 8腳（ R2IN）、 9 腳（ R2OUT）、 10腳（ T2IN）、 7腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 第三部分是供電。 MAX232 的原理電路圖如圖 所示： 圖 MAX 電路原理圖 西南石油大學本科畢業(yè)設計 22 MAX232 的 主要特點： 符合所有的 RS232C 技術標準 只需要單一 +5V 電源供電 片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能 力，能夠產(chǎn)生 +10V 和 10V 電壓V+、 V 功耗低，典型供電電流 5mA 內(nèi)部集成 2 個 RS232C 驅(qū)動器 內(nèi)部集成兩個 RS232C 接收器 RS232 接口簡介 RS232C 是使用最早、 應用最多的一種異步串行通信總線標準 , 它是美國電子工業(yè)協(xié)會 EIA(Electronic Industry Association)于 1962 年公布、 1969 年最后修訂而成的。 RS232C 主要用于定義計算機系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)終端設備 (DTE)和數(shù)據(jù)通信設備(DCE)之間接口的電氣特性。 RS232 接口的電平轉(zhuǎn)換 RS232C標準是在 TTL電路之前研制的 , 它的電平不是 +5 V和地 , 而是采用負邏輯 , 其邏輯電平為 : 邏輯“ 0”:+3 V ～ +15 V 邏輯“ 1”: 3 V～ 15 V 因此 , RS232C 不能和計算機的 TTL 電平直接相連 , 使用時必須加上適當?shù)碾娖睫D(zhuǎn)換電路芯片 , 否則 將使 TTL 電路燒壞。另一種常用的電平轉(zhuǎn)換芯片是 MAX232, 該芯片有兩個傳輸驅(qū)動器和兩個傳輸接收器。 驅(qū)動器允許有 2500 pF 的電容負載 , 通信距離將受此電容限制。 傳輸距離短的另一原因是 RS232C 屬單端信號傳送 , 存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題。 RS 232C 總線標準規(guī)定了 21個信號 , 有 25條引腳線 , 常采用 25芯 D型插頭座 , 提供一個主信道和一個輔助信道 , 在多數(shù)情況下主要使用主信道。 RS232C 也有 9芯標準 D 型插頭座， RS232C9 芯排列引腳如圖 所示，個引腳功能如表 38 所示 [9]。 RS232C 提供的兩個信道中 , 輔助串行信道提供數(shù)據(jù)控制和第二信道 , 但其傳輸速率比主信道要低得多。信號分為兩類 : 一類是 DTE 與 DCE交換的信息 —— TxD 和 RxD。 西南石油大學本科畢業(yè)設計 24