基于单片机的单总线多点温度测控系统(4)

为操作各器件作好准备 跳过ROM 0CCH 忽略64位ROM地址，直接向DS18B20V 温度转换命令，适用于单个DS18B20工作 执行后，只有温度超过庙宇值上限或下限的片子才做出响应 启动DS18B20进行温度转换，转换时间最长为500ms(典型为200ms),结果丰入内部9字节RAM中 读暂存器 写暂存器 复制暂存器 重调EPROM 读供电方式 2报警搜索命令 0ECH 温度转换 44H BEH 4EH 48H 0B8H 0B4H 读内部RAM中9字节的内容 发出向内部RAM的第3、4字节写上、下温度数据命令，紧该温度命令之后，传达两字节的数据 将RAM中第3、4字内容复制到E2PROM中 将EPROM中内容恢复到RAM中的第3、4字节 读DS18B20的供电模式，寄生供电时DS18B20发送“0”，外部供电时DS18B20发送“1” 2 (6)DS18B20的信号方式

DS18B20采用严格的单总线通信协议，以保证数据的完整性。该协议定义了几种信号类型：复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0和读1。除了应答脉冲所有这些信号都由主机发出同步信号。总线上传输的所有数据和命令都是以字节的低位在前。

a.初始化序列：复位脉冲和应答脉冲

在初始化过程中，主机通过拉低单总线至少480μs，以产生复位脉冲(TX)。然后主机释放总线并进入接收(RX)模式。当总线被释放后，5kΩ的上拉电阻将单总线拉高。DS18B20检测到这个上升沿后，延时15μs~60μs，通过拉低总线60μs~240μs产生应答脉冲。初始化波形如图3-8所示。

图

3-8 初始化脉冲

b.读和写时序

在写时序期间，主机向DS18B20写入指令；而在读时序期间，主机读入来自DS18B20的指令。在每一个时序，总线只能传输一位数据。读/写时序如图3-9所示。

写时序

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存在两种写时序：“写1”和“写0”。主机在写1时序向DS18B20写入逻辑1，而在写0时序向DS18B20写入逻辑0。所有写时序至少需要60μs，且在两次写时序之间至少需要1μs的恢复时间。两种写时序均以主机拉低总线开始。

产生写1时序：主机拉低总线后，必须在15μs内释放总线，然后由上拉电阻将总线拉至高电平。产生写0时序：主机拉低总线后，必须在整个时序期间保持低电平（至少60μs）。

在写时序开始后的15μs~60μs期间，DS18B20采样总线的状态。如果总线为高电平，则逻辑1被写入DS18B20；如果总线为低电平，则逻辑0被写入DS18B20。

读时序

图3-9DS18B20读/写时序图

DS18B20只能在主机发出读时序时才能向主机传送数据。所以主机在发出读数据命令后，必须马上产生读时序，以便DS18B20能够传送数据。所有读时序至少60μs，且在两次独立的读时序之间至少需要1μs的恢复时间。

每次读时序由主机发起，拉低总线至少1μs。在主机发起读时序之后，

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DS18B20开始在总线上传送1或0。若DS18B20发送1，则保持总线为高电平；若发送0，则拉低总线。当传送0时，DS18B20在该时序结束时释放总线，再由上拉电阻将总线拉回空闲高电平状态。DS18B20发出的数据在读时序下降沿起始后的15μs内有效，因此主机必须在读时序开始后的15μs内释放总线，并且采样总线状态。

DS18B20 在使用时，一般都采用单片机来实现数据采集。只需将DS18B20 信号线与单片机1 位I/O线相连，且单片机的1 位I/O 线可挂接多个DS18B20 ，就可实现单点或多点温度检测。

(7)DS18B20的温度计算

DS18B20允许通过程序对传感器的分辨率,温度报警的上、下限等参数进行配置。它的内部存储器包括一个高速暂存存储器和一个非易失性可擦除E2PROM。速暂存存储器共有8个字节(byte),每个字节8位(bit)。

根据温度的计算方法如下: S S S S S = 11111 b 温度值:

T = [ (MSB and 7) ×256 + LSB] ×0.0625 ℃ SSSSS = 00000 b 温度值:

T = - [ (256 - MSB) ×256 - LSB] ×0.0625 ℃

如果,存储器高位寄存器MS的S S S S S 均为1 ,则被测温度为正值,用上面第1个公式来计算温度。如果存储器高位寄存器MSB的S S S S S均为0,则被测温度为负值,用上面第2个公式来计算温度。在这里,有两点应当注意:一是公式中中括号内的数值为二进制,在计算口号内计算完成后应转化为十进制;二是这里的7与0.0625是假设传感器的分辨率设置0.0625时的计算值。如果分辨率的设置值不是0.0625,那么就应当作相应的变化。第3和第4个字节分别用来存放温度报警的上限(TH)和下限值(TL)。DS18B20在完成温度变换后,会将所测温度值与贮存在TH和TL内的上下限值相比较,如果测温结果高于TH或低于TL,DS18B20内部的告警标志就会被置位,表示温值超出了测量范围。并且该值在掉电后不会丢失,而是记忆其设定的上下限值。第5字节是配置寄存器,如表2.3所示,该寄存器用于对温度转换值的分辨率进行设置。其中,最高位用于设置传感器是工作模式还是测试模式,是生产厂家为便于检验使用。其出厂时的默认值为0,为工作模式(即用户使用时的模式)。并且在用户使用中,该位总是保持为0。R1与R0确定传感器的分辨率,如表2.4所示,DS18B20有4种分辨率可供选择。

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使用时可以根据实际需要来设置,出厂时的默认设置是12位。最后5位总保持1 3.2.2键盘电路设计

根据设计任务书中要求实现的功能，我选择了4X4=16个键盘的矩阵键盘来设置温度的上、下限值，此键盘设计符合系统设置要求，所以我选择此键盘完成本设计。

①矩阵键盘结构：

键盘实际上是一组按键开关的集合，平时按键开关总是处于断开状态，当按下键时它才闭合。矩阵键盘又称行列式键盘，这种行列式键盘结构能够有效的提高单片机系统中I/O口的利用率。它的结构和产生的波形如图3-11所示。

图3-11键盘结构及产生的波形图

②矩阵键盘工作原理：

在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图3-12所示。

在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键来连通。利用这种行列矩阵结构只需N条行线和M条列线，即可组成具有N*M个按键的键盘。这样，一个端口就可以构成4X4=16个按键，比直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，图3-12中,行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。

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图3-12 键盘电路原理图

③键盘按键的判断：

上面是一个4x4的键盘，公用4+4=8条接口线，如果按下键8，则第一行的线与第一列的线接通，当前第一行如果是低电平则第一列也输出低电平，而其他没有的列输出为高电平，根据行列线的电平，就可以判断按下的键的行位置。

a）判断有无键按下。

b）去除键的机械抖动。方法是判别到有键按下，延时10ms在读，如仍有键按下，再确定为键按下，否则为抖动。

c）判别按下键的键号。

d）CPU对键的一次闭合只作一次处理。方法是等键释放后再把键值作有效处理。

列扫描法识别键号的工作原理如下：

将第0列变为低电平，其余列为高电平，输出编码为1110。然后读取行的电平，辨别第0列是否有键按下。在第0列上若有某一个按键按下，则相应的行被拉到低电平，则表示第0列和此行相交的位置上有键按下。若没有任一条行线为低电平，则说明列上无键按下。

将第1列变为低电平，其余列为高电平，输出编码为本1101。然后通过输入口读取各行的电平。检测其中是否有变为低电平的行线。若有键按下，则进而辨别哪一行有键按下，确定按键位置。

将第2列变为低电平，其余列为低电时平，输出编码为本1011。辨别是否有哪一行按键按下的方法同上。

将第3列边为第电平，其余列为低电平时，输出编码为本0111。辨别是否有哪一行按键按下的方法同上。

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