发布时间 : 星期六 文章基于单片机的多点温度监测系统设计更新完毕开始阅读
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3．2 各模块电路图 3．2．1温度测试电路设计
这里我们用到温度芯片DS18B20。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式。测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。
DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55°C~+125°C，在-10~+85°C范围内,精度为±0.5°C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。
DS18B20内部结构 （1）
DS18B20的内部结构如图所示 64存储器和控制器 温度灵敏元件 位 高速 缓存 存储器 电源检测 ROM 和 单线 接口 低温触发器TL 高温触发器TH 配置寄存器 8位CRC生成器 DS18B20内部结构图
DS18B20有4个主要的数据部件：
① 64位激光ROM。64位激光ROM从高位到低位依次为8位CRC、48位序列号和8位家族代码(28H)组成。 ② 温度灵敏元件。
③ 非易失性温度报警触发器TH和TL。可通过软件写入用户报警上下限值。
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④ 配置寄存器。配置寄存器为高速暂存存储器中的第五个字节。DS18B20在0工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换成相应精度的数值，其各位定义如图所示。
TM R1 R0 1 1 1 1 1 LSB
MSB
DS18B20配置寄存器结构图
其中，TM：测试模式标志位，出厂时被写入0，不能改变；R0、R1：温度计分辨率设置位，其对应四种分辨率如下表所列，出厂时R0、R1置为缺省值：R0=1，R1=1（即12位分辨率），用户可根据需要改写配置寄存器以获得合适的分辨率。
配置寄存器与分辨率关系表 ： R0 0 0 1 1
（2） 高速暂存存储器
高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如下图所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式如图所示。对应的温度计算：当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。 温度低位 温度高位 R1 0 1 0 1 温度计分辨率/bit 9 10 11 12 最大转换时间/us 93.75 187.5 375 750 TH TL 配置 保留 保留 保留 8位CRC MSB
LSB
DS18B20 存储器映像图
温度值格式图DS18B20 温度数据表：
23 MSB S
S S S 22 21 20 S 26 25 2-1 2-2 2-3 2-4 LSB 24 6
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典型对应的温度值表:
温度/℃ +125 +25.0625 +10.125 +0.5 0 -0.5 -10.125 -25.0625 -55
DS18B20最大的特点是单总线数据传输方式，DS18B20的数据I/O均由同一条线来完成。
硬件连接电路如下图： VCC=5V 4.7K
本系统为多点温度测试。DS18B20采用外部供电方式，理论上可以在一根数据总线上挂256个DS18B20，但时间应用中发现，如果挂接25个以上的DS18B20仍旧有可能产生功耗问题。另外单总线长度也不宜超过80M，否则也会影响到数据的传输。在这种情况下我们可以采用分组的方式，用单片机的多个I/O来驱动多路DS18B20。在实际应用中还可以使用一个MOSFET将I/O口线直接和电源相连，起到上拉的作用。
对DS18B20的设计，需要注意以下问题
（1）对硬件结构简单的单线数字温度传感器DS18B20 进行操作，需要用较为复杂的程序完成。编制程序时必须严格按芯片数据手册提供的有关操作顺序进行，读、写时间片程序要严格按要求编写。尤其在使用DS18B20 的高测温分辨力时，对时序及电气特性参数要求更高。
（2）有多个测温点时，应考虑系统能实现传感器出错自动指示，进行自动DS18B20 序列号和自动排序，以减少调试和维护工作量。
（3）测温电缆线建议采用屏蔽4 芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接
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二进制表示 00000111 11010000 00000001 10010001 00000000 10100010 00000000 00001000 00000000 00000000 11111111 11111000 11111111 01011110 11111110 01101111 11111100 10010000 十六进制表示 07D0H 0191H 00A2H 0008H 0000H FFF8H FF5EH FE6FH FC90H DS18B 20 1# DS18B 20 2# DS18B 20 3# DS18B 20 n# AT89S52
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VCC和地线，屏蔽层在源端单点接地。DS18B20 在三线制应用时，应将其三线焊接牢固；在两线应用时，应将VCC与GND接在一起，焊接牢固。若VCC脱开未接，传感器只送85.0 ℃的温度值。
（4）实际应用时，要注意单线的驱动能力，不能挂接过多的DS18B20，同时还应注意最远接线距离。另外还应根据实际情况选择其接线拓扑结构。 3．2．2主控模块电路设计
本系统选用ATMEL公司的AT89系列单片机中的AT89S52，AT89S52单片机是一种新型的低功耗、高性能且内含8K字节闪电的8位CMOS微控制器，与工业标准MCS一51指令系列和引脚完全兼容。有超强的加密功能，其片内闪电存储器的编程与擦除完全用电实现，数据不易挥发，编程/擦除速度快。AT89S52芯片内部有6个中断源：两个外部中断INTO和INT1.三个定时器中断(定时器0，1，2)和一个串行口中断。在本系统中涉及到AT89S52芯片的中断源有五个：分别是外部中断INT1，定时/计数器T0，T1和T2以及串行口中断。本测控系统采用电平激活方式，也即是INT1=0;一旦INT1引脚的采样值为低电平，则TCON寄对于定时器TO和Tl，通过寄存器TMOD，TCON来控制和选择定时/计数器的功能和操作模式。AT89S52的芯片管脚图如图5示。
图5 AT89S52芯片管脚
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