學(xué)習(xí)情境5模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)-項(xiàng)目2-1知識(shí)準(zhǔn)備

項(xiàng)目-2基于溫度傳感器的高溫報(bào)警控制系統(tǒng)1知識(shí)儲(chǔ)備學(xué)習(xí)情境5-模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)一、項(xiàng)目描述二、項(xiàng)目分析無論在日常生活還是在各種工業(yè)控制領(lǐng)域，準(zhǔn)確的獲取溫度數(shù)據(jù)都是最為常見的需求。溫度傳感器起到了舉足輕重的作用。該項(xiàng)目要求組成單片機(jī)和溫度傳感器的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于DS18B20的高溫報(bào)警控制。即當(dāng)溫度超過我們?cè)O(shè)定的最高值時(shí)，自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。DS18B20是常用的數(shù)字溫度傳感器，體積小，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域，在該項(xiàng)目中可以采用該溫度傳感器實(shí)現(xiàn)測(cè)溫及高溫報(bào)警控制。該項(xiàng)目需要掌握的知識(shí)技能如下：(1)溫度傳感器的工作原理；(2)DS18B20的讀寫時(shí)序；(3)現(xiàn)場(chǎng)溫度采集和顯示；單片機(jī)、溫度傳感器和KeilC51軟件的互聯(lián)。學(xué)習(xí)路線圖任務(wù)1認(rèn)識(shí)溫度傳感器不論是在日常生活、工業(yè)控制還是在航空航天技術(shù)等領(lǐng)域，溫度測(cè)量和溫度控制技術(shù)都得到了廣泛的應(yīng)用。作為核心元器件的溫度傳感器也得到了迅速發(fā)展，并呈現(xiàn)出體積小、功耗低、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。溫度傳感器（temperaturetransducer）是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。溫度傳感器是溫度測(cè)量儀表的核心部分，品種繁多。按測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。引導(dǎo)問題1什么是接觸式溫度傳感器，有什么特點(diǎn)，并舉例說明。引導(dǎo)問題2什么是非接觸式溫度傳感器，有什么特點(diǎn)，并舉例說明。引導(dǎo)問題3熱電阻和熱電偶傳感器各有什么特點(diǎn)？DS18B20是常用的數(shù)字溫度傳感器，其輸出的是數(shù)字信號(hào)，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高的特點(diǎn)。DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝形式多樣，封裝后的DS18B20耐磨耐碰，體積小，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域，例如：電纜溝測(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)合。Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器?？梢苑奖愕慕M建傳感器網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)濟(jì)而使用。任務(wù)2

認(rèn)識(shí)DS18B20引導(dǎo)問題4DS18B20有三個(gè)引腳，將引腳和作用對(duì)應(yīng)連線。引腳名稱GNDDQVDD作用數(shù)字信號(hào)輸入輸出端外接電源輸入端電源地DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，前8位是DS18B20的自身代碼，接下來的48位為連續(xù)的數(shù)字代碼，最后的8位是對(duì)前56位的CRC校驗(yàn)。它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個(gè)DS18B20的64位序列號(hào)均不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20。（1）存儲(chǔ)器寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度低八位0溫度高八位1高溫閾值2低溫閾值3配置寄存器4保留5技術(shù)剩余值6每度計(jì)數(shù)值7CRC校驗(yàn)8DS18B20的存儲(chǔ)器包括高速暫存器RAM和可電擦除RAM，可電擦除RAM又包括溫度觸發(fā)器TH和TL，以及一個(gè)配置寄存器。高速暫存器由9個(gè)字節(jié)組成，分為溫度的低八位數(shù)據(jù)0、溫度的高8位數(shù)據(jù)1、高溫閾值2、低溫閾值3、配置寄存器4、保留5、保留6、保留7和CRC校驗(yàn)8。器件斷電時(shí)，EEPROM寄存器中的數(shù)據(jù)保留，上電后，EEPROM數(shù)據(jù)被重新加載到相應(yīng)的寄存器位置，也可以使用命令隨時(shí)將數(shù)據(jù)從EEPROM重新加載到暫存器中。溫度寄存器數(shù)據(jù)格式如下圖DS18B20中的溫度傳感器數(shù)據(jù)用16位二進(jìn)制形式提供，其中S為符號(hào)位（正數(shù)S=0，負(fù)數(shù)S=1）。配置寄存器數(shù)據(jù)格式R1，R0是溫度的決定位，由R1，R0的不同組合可以配置為9位，10位，11位，12位的溫度顯示，分別對(duì)應(yīng)0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃的增量。R1R0分辨率最高精度0090.501100.2510110.12511120.0625開機(jī)時(shí)的默認(rèn)分辨率是12位。如果DS18B20配置為12位分辨率，那么溫度寄存器中的所有位都將包含有效數(shù)據(jù)。對(duì)于11位分辨率，0位沒有定義。對(duì)于10位分辨率，位1和0沒有定義，對(duì)于9位分辨率，位2、位1和位0沒有定義。以12位轉(zhuǎn)化為例：如果測(cè)得的溫度是正數(shù)，高5位全為0，將測(cè)量的數(shù)值乘以0.0625即可得到實(shí)際溫度。如果測(cè)得的溫度是負(fù)數(shù)，高5位全為1，測(cè)得的數(shù)值取反再加1，然后乘以0.0625，即可得到實(shí)際的溫度。引導(dǎo)問題5根據(jù)測(cè)得的數(shù)值，填寫下表測(cè)得的二進(jìn)制數(shù)值十六進(jìn)制值實(shí)際溫度值（十進(jìn)制）000001111101000007D0125oC0000010101010000

0000000110010001

0000000010100010

0000000000001000

0000000000000000

1111111111111000

1111111101011110

1111111001101111

1111110010010000FC90-55oCTH和TL報(bào)警寄存器格式TH和TL寄存器存儲(chǔ)溫度報(bào)警觸發(fā)值，符號(hào)位S表示值是正還是負(fù)，對(duì)于正數(shù)，S=0，對(duì)于負(fù)數(shù)，S=1。DS18B20執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換后，將溫度值與用戶定義的兩個(gè)報(bào)警觸發(fā)值進(jìn)行比較，由于TH和TL是8位寄存器，因此在比較TH和TL時(shí)只使用溫度寄存器的第11位到第4位，如果被測(cè)溫度低于或等于TL值，或高于或等于TH值，則在DS18B20內(nèi)部存在報(bào)警條件，并設(shè)置報(bào)警標(biāo)志。主設(shè)備可以通過發(fā)出一個(gè)[EC]命令來檢查總線上所有DS18B20的報(bào)警標(biāo)志狀態(tài)。TH和TL寄存器是非易失性的（EEPROM），當(dāng)設(shè)備斷電時(shí)，它們將保留數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^內(nèi)存部分暫存器的字節(jié)2和字節(jié)3訪問TH和TL。引導(dǎo)問題6根據(jù)測(cè)得的數(shù)值，填寫下表限值溫度要求TH和TL設(shè)置123oC

22oC

0oC

-18oC

-55oCDS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)序概念，如果出現(xiàn)序列混亂，1-WIRE器件將不響應(yīng)主機(jī)，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。根據(jù)DS18B20的協(xié)議規(guī)定，微控制器控制DS18B20完成溫度的轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過以下3個(gè)步驟：任務(wù)3DS18B20的時(shí)序1、每次讀寫前對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位初始化。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500us，然后釋放，DS18B20收到信號(hào)后等待16us~60us左右，然后發(fā)出60us~240us的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)后表示復(fù)位成功。2、發(fā)送一條ROM指令。指令指令代碼功能讀ROM33H讀芯片中的編碼（64地址）ROM匹配55H發(fā)出此命令和64位ROM編碼，訪問單總線上與該編碼一致的DS18B20，使之做出響應(yīng)，為下一步對(duì)DS18B20的讀寫準(zhǔn)備搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個(gè)數(shù)和地址，為操作各器件做準(zhǔn)備跳過ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20發(fā)溫度變換命令，適用于單片工作報(bào)警搜索0ECH該指令執(zhí)行后，只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)3、發(fā)送存儲(chǔ)器指令。指令指令代碼功能溫度變化44H功能DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長500ms（典型為200ms），結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)的RAM中讀暫存器0BEH讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM的第3,4字節(jié)，寫上下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)復(fù)制暫存器48H將RAM中第3,4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到EEPROM中重調(diào)EEPROM0B8HEEPROM中的內(nèi)容恢復(fù)到RAM中第3,4字節(jié)讀供電方式0B4H讀DS18B20的供電模式，寄生供電時(shí)DS18B20發(fā)送“0”，外接電源供電DS18B20發(fā)送“1”?，F(xiàn)在我們要做的是讓DS18B20進(jìn)行一次溫度的轉(zhuǎn)換，操作步驟是：1、主機(jī)先作個(gè)復(fù)位操作，2、主機(jī)再寫跳過ROM的操作（CCH）命令，3、然后主機(jī)接著寫個(gè)轉(zhuǎn)換溫度的操作命令，后面釋放總線至少一秒，讓DS18B20完成轉(zhuǎn)換的操作。在這里要注意的是每個(gè)命令字節(jié)在寫的時(shí)候都是低字節(jié)先寫，例如CCH的二進(jìn)制為11001100，在寫到總線上時(shí)要從低位開始寫，寫的順序是“0、0、1、1、0、0、1、1”。讀取RAM內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)。同樣，這個(gè)操作也要接照三個(gè)步驟。

1、主機(jī)發(fā)出復(fù)位操作并接收DS18B20的應(yīng)答（存在）脈沖。

2、主機(jī)發(fā)出跳過對(duì)ROM操作的命令（CCH）。

3、主機(jī)發(fā)出讀取RAM的命令（BEH），隨后主機(jī)依次讀取DS18B20發(fā)出的從第0一第8，共九個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。如果只想讀取溫度數(shù)據(jù)，那在讀完第0和第1個(gè)數(shù)據(jù)后就不再理會(huì)后面DS18B20發(fā)出的數(shù)據(jù)即可。同樣讀取數(shù)據(jù)也是低位在前的。具體操作舉例：引導(dǎo)問題7