【正文】 （以十六位補(bǔ)碼形式，占兩個(gè)字節(jié)），傳感器可畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于 DS18B20 溫度測(cè)試系統(tǒng) 5 置于離裝置 150 米以內(nèi)的任何地方，輸出腳 I/O 直接與 單片機(jī) 的 相連， R25為上拉電阻，傳感器采用外部電源供電。顯示器模塊由三個(gè)單獨(dú)的共陽(yáng) LED 數(shù)碼管組成。系統(tǒng)的工作是在程序控制下，完成對(duì)傳感器的讀寫和對(duì)溫度的顯示。 圖 1 總體設(shè)計(jì)方框圖 主控制器 單片機(jī) AT89C51 具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用三節(jié)電池（ ）供電。 溫度傳感器 DS18B20 溫度傳感器是美國(guó) DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)９～１２位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 DS18B20 引腳介紹： TO－ 92 封裝的 DS18B20 的引腳排列見（圖 3），其引腳功能描述見（表 1）。開漏單總線接口引腳。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。 DS18B20 的 使用方法 ： 由于 DS18B20 采用的是 1－ Wire 總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對(duì) AT89C51 單片機(jī) 來(lái)說(shuō)，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來(lái)模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來(lái)完成對(duì) DS18B20 芯片的訪問(wèn)。 DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來(lái)保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于 DS18B20 溫度測(cè)試系統(tǒng) 7 圖 4 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 64 位 ROM 的結(jié)構(gòu)開始８位是產(chǎn)品 類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有 48 位，最后８位是前面 56 位的 CRC 檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè) DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因。 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存ＲＡＭ和一個(gè)非易失性的可電擦除的 EERAM。頭２個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第３和第４字節(jié)ＴＨ和ＴＬ的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。 DS18B20 工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。低５位一直為１，ＴＭ是工作模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測(cè)試模式， DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為０，用戶要去改動(dòng)， R1 和Ｒ 0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來(lái)設(shè)置分辨率。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)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(lái)檢驗(yàn)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(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第１、２字節(jié)。 當(dāng)符號(hào) 位Ｓ＝０時(shí)，表示測(cè)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(hào)位Ｓ＝１時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。 表 3 部分溫度對(duì)應(yīng)值表 溫度 /℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0000 0191H + 0000 0000 1010 0001 00A2H + 0000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H 1111 1111 1111 0000 FFF8H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值 與 RAM 中的 TH、 TＬ字節(jié)內(nèi)容作比較。因此，可用多只 DS18B20 同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索。主機(jī) ROM 的前 56 位來(lái)計(jì)算 CRC 值，并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比較，以判斷主機(jī)收到的ROM 數(shù)據(jù)是否正確。器件中還有一個(gè)計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)， DS18B20 就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)而完成溫度測(cè)量。 減法計(jì)數(shù)器１對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器１的預(yù)置值減到０時(shí)，溫度寄存器的值將加１，減法計(jì)數(shù)器１的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器１重新開始對(duì) 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到０時(shí)，停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。操作協(xié)議為：初始化 DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā) ROM 功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)。 由于 DS18B20 是在一根 I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)類型：復(fù)位脈沖，應(yīng)答脈沖時(shí)隙；寫 0，寫 1 時(shí)隙；讀 0，讀 1 時(shí)隙。發(fā)送所有的命令和數(shù)據(jù)時(shí)，都是字節(jié)的低位在前，高位在后。在每一個(gè)時(shí)隙，總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。寫 0和寫 1 時(shí)隙如圖所示。 DS18B20 的寫時(shí)序 ： ③ 讀時(shí)隙 DS18B20 器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)隙時(shí)，才向主機(jī)傳 輸數(shù)據(jù)。所有的讀時(shí)隙至少需要 60us，且在兩次獨(dú)立的讀時(shí)隙之間，至少需要 1us 的恢復(fù)時(shí)間。在主機(jī)發(fā)起讀時(shí)隙之后， DS18B20器件才開始在總線上發(fā)送 0 或 1，若 DS18B20 發(fā)送 1，則保持總線為高電平。 DS18B20 發(fā)出的數(shù)據(jù)，在起始時(shí)隙之后保持有效時(shí)間為 15us。并且在時(shí)隙起始后的15us 之內(nèi)采樣總線的狀態(tài)。 對(duì)于 DS18B20 的讀時(shí)隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在 15 秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓 DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。 DS18B20 的讀時(shí)序 ： 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于 DS18B20 溫度測(cè)試系統(tǒng) 11 DS18B20 控制方法 DS18B20 有 10 條控制命令，如（表 4）所示： 表 4 DS18B20 控制命令 ROM 操作命令 指令 說(shuō)明 讀 ROM 命令（ 33H） 讀 DS18B20 的序行號(hào) 搜索 ROM 命令（ F0H） 識(shí)別總線上各器件的編碼 匹配 ROM 命令（ CCH） 用于多個(gè) DS18B20 的定位 跳過(guò) ROM 命令（ CCH） 此命令執(zhí)行后，存儲(chǔ)器操作將針對(duì)總線上所有操作 報(bào)警搜索 ROM 命令 （ ECH） 僅溫度超限的器件對(duì)此命令做出響應(yīng) RAM 操作命令 指令 說(shuō)明 溫度轉(zhuǎn)換（ 44H） 啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換 讀暫存器（ BEH） 讀全部暫存器內(nèi)容 寫暫存器（ 4EH） 寫暫存器第 2， 3 和 4 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù) 復(fù)制暫存器（ 48EH） 將暫存器中的 TH， TL 和配置寄存器內(nèi)容復(fù)制到 EEPROM 中 讀 EEPROM（ B8H） 將 TH， TL 和配置寄存器內(nèi)容從 EEPROM中回讀至?xí)捍嫫? DS18B20 溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路 DS18B20 可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí) DS18B20的 1 腳接地， 2 腳作為信號(hào)線， 3 腳接電源。 當(dāng) DS18B20 處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度 A/D 轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為 10us。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。其結(jié)構(gòu)框圖如（圖 7）所示。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于 DS18B20 溫度測(cè)試系統(tǒng) 13 ② — ( 18 ) 通用 I/O 口 P1 ③ — (2128) 通用 I/O 口 P2 / A8A15 ④ — (1017) 通用 I/O 口 P3 / 第二功能 （ 10）： RXD 串行口數(shù)據(jù)接收 （ 11）： TXD 串行口數(shù)據(jù)發(fā)送 （ 12）： INT0 外中斷 0 （ 13）： INT1 外中斷 1 （ 14）： T0 計(jì)數(shù) /定時(shí)器 0 的外部計(jì)數(shù)脈沖輸入 （ 15）： T1 計(jì)數(shù) /定時(shí)器 1 的外部計(jì)數(shù)脈沖輸入 （ 16）： WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫控制信號(hào) （ 17）： RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀控制信號(hào) 顯示電路 顯示電路采用靜態(tài)顯示， 3 位共陽(yáng) LED 數(shù)碼管。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法，單片機(jī)中 CPU 的開銷小。 （ 2） LED 顯示器及接法 通常所說(shuō)的 LED 顯示器由 7 個(gè)發(fā)光二極管組成，故也稱 7 段 數(shù) 碼管 ，此外顯示器還有一個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管，用于顯示小數(shù)點(diǎn)，故有時(shí)也稱八段 LED 顯示管，通過(guò) 7 段發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字，字母及其他符號(hào)。 精度調(diào)試 AT89C51 單片