第三章 粮食水分在线测量硬件系统设计
写通信寄存器，选择同一 Y
图3.7 AD7714程序设计的主要流程图
通道和模式寄存器，下次写模式寄存器并选择校准模式 写通信寄存器，选择数据寄存器，下次操作读数据寄存器中的值 写通信寄存器，选择通道和滤波器高寄存器，下次写滤波器高寄存器 写通信寄存器，选择同一通道和滤波器低寄存器，下次写滤波器低寄存器 写通信寄存器，选择同一通道并决定下次操作是度通信寄存器的DRDY位 DRDY 位为 0 ？ N 3.4 温度传感器的设计
温度传感器是将温度的变化转换成电量变化的装置。温度传感器在所有传感器中应用最广泛，并且种类也最多。常用的温度传感器有热电偶型、热电势型、热敏电阻型、热电阻型以及最近发展起来的数字式集成温度传感器等。 本系统采用了Dallas公司的可直接输出数字量的DS18B20数字温度传感器，以简化处理电路。
3.4.1 DS18B20数字温度传感器工作方式
DS18B20为美国Dallas公司生产的单总线数字式温度传感器，由于具有结构简单，不需要外接电路，可用一根I/O数据线既供电又传输数据，可由用户设置温度报警界限等特点，近年来广泛用于粮库等需要测量和控制温度的场合。
(1) DS18B20的主要性能特点 测量范围： -55℃～+125℃。
精度：在-10℃～85℃范围内精度为±0.5℃。
温度转换时间：DS18B20的转换时间与设定的分辨率有关，当设定为9位时，最小转换时间为93.75ms；10位时为187.5ms；11位时为375ms；12位时为
- 26 -
第三章 粮食水分在线测量硬件系统设计
750ms。
电源电压范围：在保证温度传感器转换精度为士0.5℃的情况下，电源电压范围可为+3.OV--+5.5V。
分辨率：分辨率由9-12位(包括1位符号位)数据在线编程决定。 (2) DS18B20数字温度传感器的工作方式。
DS18B20的供电方式有两种：一种是寄生电源；另一种为外电源供电。在程序设计中一般有四个步骤:初始化命令；传送ROM命令；传送RAM命令；数据交换命令。
DS18B20的使用是从初始化开始的，初始化的时序是由单片机先发出480～800?s的复位脉冲，在15～60?s后，DS18B20发出60～240?s的应答脉冲。
如果单片机检测到单总线上有器件存在，就可以发出传送ROM命令。传送RAM命令是当上述命令之一被成功执行后，单片机发出的控制命令，它用来访问被选中的器件的存储和控制部件。 3.4.2 DS18B20与单片机接口
DS18B20作为单总线器件，硬件结构已经相当简化，要控制它准确地进行工作，关键在于软件对其通讯协议的严格遵守。DS18B20与单片机的接口如图3.8。
- 27 -
3.5.1 I2C总线简介
3.5 测量参数存储电路设计
方式利用口线模拟I2C总线方式。
第三章 粮食水分在线测量硬件系统设计
图3.8 DS18B20与89C52接口电路
参数应当能够修改和及时存储，所以在设计中使用了ATMEL公司生产的
进行数据交换。AT89C5X系统单片机不提供I2C总线接口，所以需要通过软件
E2PROM 24WC02用以存储测量参数。24WC02通过I2C总线的方式与单片机
I2C总线是一种串行的数据总线，挂在总线上的各集成电路模块(单片机和具
在系统设计中，考虑到针对不同的粮食品种，相应有不同的品种参数，这些
有各种功能的电路芯片)通过一条串行的数据线(SDA)和一条串行的时钟线
- 28 -
第三章 粮食水分在线测量硬件系统设计
(SCL)，按一定的通讯协议进行寻址和信息的传输。在本次设计中，单片机作为主控器，24WC02作为被控器。
3.5.2 用AT89C52单片机模拟I2C总线工作方式
使用AT89C52单片机模拟I2C总线工作方式关键在于对时序的严格把握，I2C总线对时序有严格的要求，它是一双线串行总线，两根双向线中，一根是串行数据线(SDA )，另一根是串行时钟线(SCL)。总线和器件间的数据传送均由数据线完成。
每一个器件都有一个唯一的地址，以区别总线上的其它器件。总线上，每一次数据传送都是由主器件发送起始信号开始，发送停止信号结束。主器件然后送从器件的特征地址。对E2PROM而言器件地址的前四位是固定的“1010” 。接下来的三位标定器件的组合地址。以便知哪一个2k存贮器被选中，最后一位是读写位：“1”表示读命令，“0”表示写命令。当主器件送完起始控制命令后，地址与自己相符的从器件会产生一个应答位。进行读还是写操作，将由R/W位决定。
在I2C总线传输过程中，将两种特定的情况定义为开始和停止条件:当SCL保持“高”时，SDA由“高”变为“低”为开始条件;当SCL保持“高”且SDA由“低”变为“高”时为停止条件。开始和停止条件均由主控制器产生。 3.5.3 E2PROM存储芯片24WC02的工作方式
WP写保护：如果WP管脚连接到VCC，所有的内容都被写保护，只能读;当WP管脚连接到VSS或悬空，允许器件进行正常的读/写操作。在实际使用中，发现有时WP悬空也会出现写保护的现象，所以建议接地后进行正常的读写操作。
24WC02有以下几种工作方式。
芯片寻址方式：单片机通过发送一个起始信号启动发送过程，然后发送它所要寻址的从器件的地址。在单片机发送起始信号和24WC02的地址字节后，24WC02监视总线，并当其地址与发送的从地址相符时响应一个应答信号。通过SDA线，24WC02再根据读写控制位R/W的状态进行读或写操作。
写操作方式：主要有字节写方式和页写方式。
在字节写模式下，单片机发送起始命令和从器件地址信息(R/W位置0)给从器件。单片机在收到从器件应答信号后，单片机发送1个8位字节地址写入24WC02的地址指针。单片机在收到24WC02的另一个应答信号后，再发送数据
- 29 -
第三章 粮食水分在线测量硬件系统设计
到被寻址的存储单元。24WC02再次应答，并在单片机产生停止信号后开始内部数据的擦写，在内部擦写过程中，24WC02不再应答单片机的任何请求。
此外还有页写方式，在页写模式下，24WC02可一次写入16个字节数据。页写操作的启动和字节写一样，不同的是在于传送了字节数据后并不产生停止信号。
读操作方式:主要有随机地址读取、立即地址读取以及顺序地址读取。 随机读操作允许单片机对寄存器的任意字节进行读操作，单片机首先通过发送起始信号、24WC02地址和它想读取的字节数据的地址执行一个伪写操作。在24WC02应答之后，单片机重新发送起始信号和从器件地址，此时R/W位置1，24WC02响应并发送应答信号。然后输出所要求的一个8位字节数据，单片机不发送应答信号但产生一个停止信号。 3.5.4 24WC02与单片机接口
24WC02与单片机接口简单，硬件接口图如图3.9
图3.9 89C52与24WC02的接口
- 30 -