毕业设计 基于单片机的温度采集控制系统45(5)

2019-06-05 14:52

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(1)DS18B20采用DALLAS公司独特的“单线(1-Wire)总线”专有技术,通过串行通信接口(I/O)直接输出被测温度值(9位二进制数,含符号位)。

(2)测温范围是—55~+125℃。其分辩力为0.5℃,但若采用高分辨力模式,分辩力可达0.1℃。温度/数字量转换时间的典型值为200ms,最大值为500 ms。

(3)内含64位经过激光修正的只读存储器ROM,扣除8位产品系列号和8位循环冗余校验码CRC之后,产品序号占48位。出厂前就作为DS18B20唯一的产品序号,存入其ROM中,在构成大型温控系统时,允许在单线总线上挂接多片DS18B20。

(4)适配各种单片机或系统机。

(5)用户可分别设定各路温度的上、下限并写入随机存储器RAM中。利用报警搜索命令和寻址功能,可迅速识别出发生了温度越限报警的器件。

(6)内含寄生电源。该器件既可以由单线总线供电,也可选用外部+5V电源(允许电压范围是3.4~5.5V),进行温度/数字转换时的工作电流约为1.5 mA,待机电流仅为25uA,典型功耗为5mW。 二、DS18B20的引脚介绍

PR—35封装的DS18B20的引脚排列图2—7—4,其引脚功能描述见表2-7-1。

图2—7—4 DS18B20的引脚排列图

DS18B20详细引脚功能描述如表2—7—3所示: 序号 名称 1 2 3 GND DQ VDD 地信号 数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下,也可以向器件提供电源。 可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时,此引脚必须接地。 表2—7—3 DS18B20引脚功能描述图

三、DS1820的工作原理

DS1820的内部结构如图2—7—5所示。由图2—7—5可知,DS1820由三个主要数字器件组成:① 64bit闪速ROM;②温度传感器;③非易失性温度报警触发器TH和TL。64bit闪速ROM的结构如图2—7—6所示

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图2—7—5 DS1820内部结构图

图2—7—6 DS1820内部的64bit闪速ROM结构图

它既可寄生供电也可由外部5V电源供电。在寄生供电情况下,当总线为高电平时,DS1820从总线上获得能量并储存在内部电容上?当总线为低电平时,由电容向DS1820供电。

DS1820的测温原理:内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲计数,低温时振荡器的脉冲可以通过门电路,而当到达某一设置高温时振荡器的脉冲无法通过门电路。计数器设置为-55℃时的值,如果计数器到达0之前,门电路未关闭,则温度寄存器的值将增加,这表示当前温度高于-55℃。同时,计数器复位在当前温度值上,电路对振荡器的温度系数进行补偿,计数器重新开始计数直到回零。如果门电路仍然未关闭,则重复以上过程。温度表示值为9bit,高位为符号位,其结构如下:

对DS1820的使用,多采用单片机实现数据采集。处理时,将DS1820信号线与单片机一位口线相连,单片机可挂接多片DS1820,从而实现多点温度检测系统。

系统对DS1820的操作以ROM命令和存储器命令形式出现。 (1)ROM命令代码及其含义

?READROM命令代码[33H]:如果只有一片DS1820,可用此命令读出其序列号,若在线DS1820多于一个,将发生冲突。

?MATCHROM命令代码[55H]:多个DS1820在线时,可用此命令匹配一个给定序列号的DS1820,此后的命令就针对该DS1820。

?SKIPROM命令代码[CCH]:此命令执行后的存储器操作将针对在线的所有DS1820。

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?SEARCHRDH命令代码[F0H]:用以读出在线的DS1820的序列号。

?ALARMSEARCH命令代码[ECH]:当温度值高于TH或低于TL中的数值时,此命令可以读出报警的DS1820。

(2)存储器操作命令代码及其含义

?WRITESCRATCHPAD命令代码[4EH]:写两个字节的数据到温度寄存器。 ?READSCRATCHPAD命令代码[BEH]:读取温度寄存器的温度值。

?COPYSCRATCHPAD命令代码[48H]:将温度寄存器的数值拷贝到EERAM中,保证温度值不丢失。

?CONVERT命令代码[44H]:启动在线DS1280做温度A/D转换。 ?RECALL EE命令代码[B8H]:将EERAM中的数值拷贝到温度寄存器中。

?READPOWERSUPPLY命令代码[B4H]:在本命令送到DS1280之后的每一个读数据间隙,指出电源模式:“0”为寄生电源;“1”为外部电源 四、DS18B20的使用方法

由于DS18B20采用的是1-Wire总线协议方式,即在一根数据线实现数据的双向传输,而对AT89S51单片机来说,硬件上并不支持单总线协议,因此,我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。

由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据,因此,对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序:初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备,单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始,如果要求单总线器件回送数据,在进行写命令后,主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。

DS18B20的复位时序

DS18B20的读时序

对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后,在15秒之内就得释放单总线,以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程,至少需要60us才能完成。

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DS18B20的写时序

对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同,当要写0时序时,单总线要被拉低至少60us,保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平,当要写1时序时,单总线被拉低之后,在15us之内就得释放单总线。

4.X25045看门狗芯片

在微机智能测控系统的设计中,断电数据保存功能、看门狗功能、上电掉电复位功能、电源电压监控功能等对系 统是非常重要的。美国Xicro公司生产的X25045芯片集上述功能于一身,这种组合大大简化了硬件设计,提高了系统的 可靠性,减少了对印制电路板的空间要求,降低了成本和系统功耗。 X25045芯片的引脚排列如图2—7—7所示。

图2—7—7看门狗芯片X25045引脚图

CS(①脚)为片选输入端,CS电平变化将复位看门狗定时器。

SO(②脚)为串行输出端,数据由此脚输出,串行时钟SCK(⑤脚)的下降沿同步

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输出数据。

WP(③脚)为写保护输入端,当WP为低电平时,X25045的非易失性写操作被禁止,其它功能正常,WP为高电平时所有功能正常。

SI(⑥脚)为串行输入端,所有写入的数据、操作码、字节地址在此脚上输入,数据由串行时钟的上升沿锁存。

RESET(⑦脚)为复位输出端,高电平有效,漏极开路输出方式。用于电源检测和看门狗定时器。

Vss(④脚)为接地端。

Vcc(⑧脚)为电源正端,X25045芯片的电源电压有两种规格,一种是4.5V至5.5V,另一种是2.7V至5.5V。

X25045芯片有4K位串行E2PROM;可编程的看门狗定时器;低电压Vcc检测;直至Vcc=1V复位输出有效;SPI接口方式;低功耗,待机电流为10μA,工作电流为3mA,工作电压为2.7V至5V;具有块锁定保护功能,可以保护1/4,1/2,或所有E2PROM阵列;片内异常事件写保护:上电、掉电保护电路,写锁存,写保护引脚;1MHz时钟频率;可擦写次数为 100000次,数据保存期为100年;ESD静电放电保护;有8引脚DIP和SOIC或14引脚TSSOP封装三种形式;高电平复位信号 输出。

X25045共有6条指令,如表2—7—4所示。所有指令都以MSB(最高有效位)2在前方式传送。读写指令中3位的A8是高位地址,此位用于选择器件的上半部或下半部。

表2—7—4 X25045指令表

X25045内部的状态寄存器格式如表2—7—5所示:

D7 D6 D5 X X D4 D3 D2 D1 D0 WD1 WD0 BL1 BL0 WLE WIP 表2—7—5 X25045内部状态寄存器格式表

WIP位表示X25045是否忙于向E2PROM写数据。该位是只读位,WIP为0表示没有写操作在进行,可向E2PROM写数据;WIP为1时表示正在进行写操作,此时不能向E2PROM写数据。

WEL位表示写使能锁存器的状态。该位是只读位,由 WRDI指令复位,写使能锁存器被复位时向E2PROM写操作被禁止。

WRSR指令可以对状态寄存器中非易失性位BL1、BL0、WD1、WD0进行设置。


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