基于AT89C51和DS18B20溫度測量系統(tǒng)

　　2．1數(shù)字溫度傳感器DS18B20

　　DS18B20是美國DALLAS公司推出的單總線數(shù)字測溫芯片。他具有獨(dú)特的單總線接口方式，僅需使用1個(gè)端口就能實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的雙向通訊。采用數(shù)字信號(hào)輸出提高了信號(hào)抗干擾能力和溫度測量精度。他的工作電壓使用范圍寬(3．0～5．5 V)，可
以采用外部供電方式，也可以采用寄生電源方式，即當(dāng)總線DQ為高電平時(shí)，竊取信號(hào)能量給DS18B20供電。他還有負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，DS18B20不會(huì)因接錯(cuò)線而燒毀，但不能正常工作?？梢酝ㄟ^編程實(shí)現(xiàn)9～12位的溫度轉(zhuǎn)換精度設(shè)置。由表1[2]可見，設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長，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。

　　DS18B20采用3腳TO-92封裝，形如三極管，同時(shí)也有8腳SOIC封裝，還有6腳的TSOC封裝。測溫范圍為－55～+125℃，在一10～85℃范圍內(nèi)，精度為±0．5℃。每一個(gè)DS18B20芯片的ROM中存放了一個(gè)64位ID號(hào)：前8位是產(chǎn)品類型編號(hào)，隨后48位是該器件的自身序號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。又因其可以采用寄生電源方式供電。因此，一條總線上可以同時(shí)掛接多個(gè)DS18B20，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫系統(tǒng)。另外用戶還可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定非易失性溫度報(bào)警上下限值TH和TL。DS18B20檢測到溫度值經(jīng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，自動(dòng)存入存儲(chǔ)器中，并與設(shè)定值TH或TL進(jìn)行比較，當(dāng)測量溫度超出給定范圍時(shí)，就輸出報(bào)警信號(hào)，并自動(dòng)識(shí)別是高溫超限還是低溫超限。

　　2．2 AT89C51單片機(jī)

　　AT89C51單片機(jī)是ATMEL公司生產(chǎn)的高性能8位單片機(jī)，主要功能特性如下：

　?、偌嫒軲CS-51指令系統(tǒng)；

　?、?2個(gè)雙向I/O口，兩個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器；

　　③1個(gè)串行中斷，兩個(gè)外部中斷源；

　　④可直接驅(qū)動(dòng)LED；

　?、莸凸目臻e和掉電模式；

　?、? kB可反復(fù)擦寫(>1 000次)FLASI ROM；

　?、呷o態(tài)操作O～24 MHz；

　?、?28×8 b內(nèi)部RAM。

　　該款芯片的超低功耗和良好的性能價(jià)格比使其非常適合嵌入式產(chǎn)品應(yīng)用。

　　3溫度測量系統(tǒng)軟件

　　DS18B20簡單的硬件接口是以相對復(fù)雜的接口編程為代價(jià)。由于DS18B20通過單總線與單片機(jī)進(jìn)行通訊，所以其通訊功能是分時(shí)完成的。他與單片機(jī)的接口協(xié)議是通過嚴(yán)格的時(shí)序來實(shí)現(xiàn)的，只有在特定的時(shí)隙，才能實(shí)現(xiàn)DS18B20數(shù)據(jù)的寫入和讀出。這里以AT89C51和一個(gè)DS18B20通訊為例，列出部分通訊的匯編語言代碼。

　　3．1 初始化子程序(RESET)

　　與DS18B20的所有通訊都是由一個(gè)單片機(jī)的復(fù)位脈沖和一個(gè)DS18B20的應(yīng)答脈沖開始的。單片機(jī)先發(fā)一個(gè)復(fù)位脈沖，保持低電平時(shí)間最少480μs，最多不能超過960μs。然后，單片機(jī)釋放總線，等待DS18B20的應(yīng)答脈沖。DS18B20在接受到復(fù)位脈沖后等待15～60μs才發(fā)出應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖能保持60～240μs。單片機(jī)從發(fā)送完復(fù)位脈沖到再次控制總線至少要等待480 μs。程序代碼如下：

　　3．2 WRITE子程序

　　寫時(shí)隙需要15～75 μs，且在2次獨(dú)立的寫時(shí)隙之間至少需要1μs的恢復(fù)時(shí)間。寫時(shí)隙起始于單片機(jī)拉低總線。以要把單片機(jī)A中的數(shù)據(jù)發(fā)給DS18B20為例，程序代碼如下：

　　3．3 READ子程序

　　讀時(shí)隙需15～60 μs，且在2次獨(dú)立的讀時(shí)隙之間至少需要1 μs的恢復(fù)時(shí)間。讀時(shí)隙起始于單片機(jī)拉低總線至少1 μs。DSl8820在讀時(shí)隙開始15μs后開始采樣總線電平。以單片機(jī)讀取2 B的數(shù)據(jù)為例。程序代碼如下：

　　4 結(jié) 語

　　用DS18820測量溫度，在其內(nèi)部就能進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字量與單片機(jī)直接通訊，無需外加A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度快，降低了成本，而且簡化了電路，提高了系統(tǒng)的集成度，使其滿足了最簡的要求。這個(gè)溫度傳感器稍加改良，配合半導(dǎo)體制冷器還能實(shí)現(xiàn)高精度的溫度控制功能。