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（中國船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所，湖北   宜昌   443003） 梁中明，徐   陽
梁中明（1978—）
男，南京航空航天大學(xué)碩士畢業(yè)，現(xiàn)從事系統(tǒng)仿真研究工作,助理工程師。

    溫度是一個很重要的環(huán)境參數(shù)，人們的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實(shí)時測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度測量。因此，研究溫度測量裝置很有實(shí)際意義與實(shí)用價值。本文介紹了數(shù)字溫度傳感器DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作時序，虛擬 總線的溫度顯示方式，以及它們與單片機(jī)P89C51RD2的應(yīng)用接口。該溫度測量裝置適用于人們的日常生活和工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用于溫度測量。
    
1 DS18B20數(shù)字溫度傳感器

    DS18B20是一種單線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO-92小體積封裝形式；測溫范圍為-55℃~+125℃,可編程為9~12位A/D轉(zhuǎn)換精度，被測溫度用符號擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，工作電源為+3V~+5.5V，可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。
    
    1.1 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

    DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。其中DQ為數(shù)字信號輸入／輸出端；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。

    1.2  DS18B20的操作時序

    DS18B20的單線式工作協(xié)議流程是：初始化→ROM操作指令→存儲器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序，如圖3所示。

2  虛擬總線顯示方式

    溫度顯示采用LED數(shù)碼管，其驅(qū)動芯片是ZLG7290。ZLG7290是接口的鍵盤及LED驅(qū)動器，可驅(qū)動8位共陰數(shù)碼管，無需外接元件即直接驅(qū)動LED，可擴(kuò)展驅(qū)動電流及驅(qū)動電壓。在每個顯示刷新周期，ZLG7290按照掃描位數(shù)寄存器指定的顯示位數(shù)N,把顯示緩存DpRam0~DpRamN的內(nèi)容先后順序送入LED驅(qū)動器實(shí)現(xiàn)動態(tài)顯示，減少N值可提高每位顯示掃描時間的占空比，以提高LED亮度，顯示緩存中的內(nèi)容不受影響。修改閃爍控制寄存器（FlashOnOff）可改變閃爍頻率和占空比（亮與滅的時間）。
     
    總線是PHILIPS公司推出的芯片間串行數(shù)據(jù)傳輸總線，2根線（SCL、SDA）即可實(shí)現(xiàn)完善的全雙工同步數(shù)據(jù)傳送，能夠十分方便地構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)和外圍器件擴(kuò)展系統(tǒng)。

    ZLG7290的接口傳輸速率可達(dá)32Kbit/s，容易與處理器接口，本文采用單主總線形式，硬件接口是SCL、SDA。本文設(shè)計的硬件電路圖如圖4所示，采用P89C51RD2的P1.6與P1.7模擬的SCL與SDA，構(gòu)成虛擬的總線顯示方式。

3  程序設(shè)計

    溫度測量裝置的主程序流程，如圖5所示。P89C51RD2控制DS18B20完成溫度讀取必須經(jīng)過三個步驟：初始化、ROM操作指令、存儲器操作指令。程序必須先啟動DS18B20開始轉(zhuǎn)換，再讀出溫度值，其中包括讀DS18B20，寫DS18B20以及延時子函數(shù)。

    溫度轉(zhuǎn)換主要是指將從DS18B20讀取的16進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成BCD碼。溫度顯示是顯示出DS18B20測量的溫度數(shù)值，包含有總線啟動、結(jié)束子函數(shù)，P89C51RD2發(fā)送命令、應(yīng)答子函數(shù)以及向ZLG7290發(fā)送字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)。程序設(shè)計采用匯編語言與C語言編程，其中DS18B20、總線啟動與結(jié)束程序代碼如下：

/*DS18B20初始化程序*/
INIT_1820:
   SETB  DQ
   NOP
   CLR  DQ
   MOV  R0,#80H
TSR1: DJNZ  R0,TSR1 ; /*延時*/
   SETB  DQ
   MOV  R0,#25H
TSR2: DJNZ  R0,TSR2
   JNB  DQ,TSR3
   LJMP  TSR4  ;/*延時*/
TSR3: SETB  FLAG1  ; /*置標(biāo)志位*/
   LJMP  TSR5
TSR4: CLR  FLAG1  ;/*清標(biāo)志位*/
   LJMP  TSR7
TSR5: MOV  R0,#06BH ;/*200μs*/
TSR6: DJNZ  R0,TSR6 ; /*延時*/
TSR7: SETB  DQ
   RET

void Start_I2c() /*啟動總線*/
{
  SDA=1;  /*發(fā)送起始條件的數(shù)據(jù)信號*/
  _Nop();
  SCL=1;
  _Nop(); /*起始建立時間大于4.7μs*/
  _Nop();
  _Nop();
  _Nop();
  _Nop();   
  SDA=0;  /*發(fā)送起始信號*/
  _Nop();  /*起始鎖定時間大于4μs*/
  _Nop();
  _Nop();
  _Nop();
  _Nop();      
  SCL=0; /*鉗住總線*/
  _Nop();
  _Nop();
}

4  結(jié)束語

    數(shù)字式溫度傳感器DS18B20集溫度測量、A/D轉(zhuǎn)換于一體，具有單總線結(jié)構(gòu)，數(shù)字量輸出，直接與微機(jī)接口等優(yōu)點(diǎn)；虛擬總線占用微機(jī)接口資源少（一根SDA，一根SCL），總線構(gòu)成簡單，能簡化系統(tǒng)設(shè)計。本文研制的簡易溫度測量裝置已成功應(yīng)用于某實(shí)驗(yàn)室溫度測控系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)換精度較高，抗干擾能力較強(qiáng)，效果良好。

參考文獻(xiàn)： 

    [1] DallasCorp.DS18B20[EB/OL].http://www.dalsem.com,2003.

    [2] 馬云峰等.數(shù)字溫度傳感器DS18B20原理與應(yīng)[EB/OL].http://www.chinacd.com/dzkw//2002-1/9.htm,2002-01-12/2003-09-26.

    [3] 呂元穎等.總線概述及有關(guān)例程.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2005,No15.P177~180.

    [4] P89c51RA2xx/RB2xx/RC2xx/RD2xx.datasheet. Philips Semiconductors .2002.