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DS18B20数字温度计的设计(一)信息工程毕业论(2)

2013-05-13 01:07 RAM和一个非易失性的可电擦除的E2PROM。
 高速暂存RAM的结构为9字节的存储器，结构如下图4所示。头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节，为配置寄存器，其内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图5所示。其中，低5位一直为1，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，即用来设置分辨率。其定义方法见表1。
 
TM R1 R0 1 1 1 1 1 
 图5配置寄存器定义
 

 R1  R0  分辨率／/位 温度最大
转换时间／ms 
 0  0  9  93.75 
 0  1  10  187.5 
 1  0  11     375 
 1  1  12  750 
 表1DS18B20分辨率的定义和规定
 由表1可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。
 高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。第9字节读出前面所有8字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。
 当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。
   单片机可以通过单线接口读出该数据。读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃／LSB形式表示。            （科教范文网 lw.nSeAc.com编辑发布）
 温度值格式如图6所示。
 
 低字节
23 22 21 20 2-1 2-2 2-3 2-4 
 
 高字节
S S S S S 26 25 24 
 图6温度数据值格式
 图中，S表示符号位。当S＝0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当S＝1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表2是部分温度值对应的二进制温度数据。
温度/℃ 二进制表示 十六进制表示 温度/℃ 二进制表示 十六进制表示 
+125 0000 0111 1101  0000 07D0H 0 0000  0000
0000  0000 0000H 
+85 0000  0101
0101  0000 0550H -0.5 1111  1111
1111  1000 FFF8H 
+26.0625 0000  0001
1001  0001 0191H -10.125 1111  1111
0101  1110 FF5EH 
+10.125 0000  0000
1010  0010 00A2H -25.0625 1111  1110
0110  1111 FE6FH 
+0.5 0000  0000
0000  1000 0008H -55 1111  1100
1001  0000 FC90H 
 表2 DS18B20温度与表示值对应表
 
 DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容作比较。若T＞TH或T＜TL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。
 在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC）。主机ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。
3.DS18B20测温原理
如图7所示，图中低温度系数振荡器的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1；高温度系数振荡器随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。 （科教作文网 zw.nseac.com整理）
 图7 DS18B20测温原理图
图中还隐含着计数门，当计数门打开时DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55℃所对应的一个基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。
 减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值，图7中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线形性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程,直到温度寄存器值达到被测温度值。
 另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。

 

四 DS18B20 与单片机的接口电路
 DS18B20可以采用两种方式供电：一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生