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毕业设计（论文）材料之二（1） 毕业设计（论文） 专 业： 题 目： 基于 CAN 总线的温度检测系统 作 者 姓 名： 导师及职称 ： 导师所在单位： 2011 年 6 月 16 日 基于 CAN 总线的温度检测系统 II 本科毕业设计（论文）任务书 2011 届 专业 学生姓名： 毕业设计（论文）题目 中文：基于 CAN 总线的温度检测系统 英文：The Temperature Monitor System Based on CAN Bus 原始资料 1 李华，MCS-51 系列单片机实用接口技术M，北京航空航天大学出版社， 1998 2 胡汉才，单片机原理及接口技术M，北京：清华大学出版社，1996 3 王树勋，王朝玉，张新发 MCS51 单片微型计算机原理与开发M 北京： 机械工业出版社,1989 4 张凤登 现场总线技术与应用M，北京:科学出版社 2008 5 饶云涛，邹继军，郑勇芸 现场总线 CAN 原理与应用技术M，北京：北京 航空航天大学出版社，20036 6 程希明，CAN 现场总线数据采集系统设计方案J 自动化仪表，2004：21-25 III 毕业设计（论文）任务内容 1、课题研究的意义 由于 CAN 总线具有多主方式工作、非破坏总线仲裁、直接通讯距离远、 通信介质灵活、性价比高等特点，其应用范围目前已不再局限于汽车行业， 而扩展到了机械工业、纺织机械、农业机械、机器人、数控机床、家用电 器等领域发展。CAN 已经形成了国际标准，并已被公认为集中最有前途的 现场总线之一。对于 CAN 总线的开发具有重要的现实意义。 2、本课题研究的主要内容： 此次毕业设计研究的内容是基于 CAN 总线的温度检测系统利用 AT89S51 单片机、SJA1000CAN 控制器设计开发基于智能节点的 CAN 网 络，实时监测各个节点状态并发送状态信息。 3、提交的成果： （1）毕业设计（论文）正文； （2）原理图及主程序； （3）一篇引用的外文文献及其译文； （4）10 篇主要参考文献的题录及摘要。 指导教师（签字） 教研室主任（签字） 批 准 日 期2011 年 1 月 5 日 接 受 任 务 书 日 期2011 年 1 月 9 日 完 成 日 期2011 年 6 月 15 日 接受任务书学生（签字） 基于 CAN 总线的温度检测系统 IV 基于基于 CANCAN 总线的温度检测系统总线的温度检测系统 摘摘 要要 本设计以AT89S51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法来研究 CAN总线测控系统间数据通信、结构灵活、通用性号。我们还采用了单总线型数字式 的温度传感器DS18B20，使系统具有测温误差小、分辨率高、抗干扰能力强，动态显 示的方式等特点。选用SJA1000作为CAN总线的控制器与82C250芯片设计了CAN总线 接口模块。82C250可以提供对总线的差动发送和接收功能，提高系统总线的节点驱动 能力，增大通信距离，降低干扰。 全文整理 CAN 总线温度检测系统基本原理、发展历史以及介绍与 CAN 总线相关 设计方法，介绍了所用的元器件的介绍，并设计了 CAN 总线节点设计电路，设计时钟 电路和复位电路。最后设计了 CAN 总线温度检测系统的软件设计及流程图。 温度检测无论在医疗电子领域还是工业控制领域应用都非常广泛，人们都需要对 各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制，医疗电子领域的生 化分析仪等，内部都涉及到温度控制，具有特别广阔的前景。 关键字：关键字：AT89S51 单片机 温度传感器 DS18B20 SJA1000 控制器 温度检测 V The Temperature Monitor System Based on CAN Bus Abstract The design of the AT89S51 microcontroller as the core principle of the temperature control system and design method to study the CAN bus data communication between control system, structural flexibility, universal number.We also use a single bus-type digital temperature sensor DS18B20, the system has a temperature measurement error is small, high resolution, anti-interference ability, dynamic show the way and so on.SJA1000 CAN bus used as a controller and 82C250 chip design of the CAN bus interface module.82C250 bus can provide differential transmit and receive functions, improve the system bus drive capability of nodes, increasing the communication distance and reduce interference. CAN bus full finishing the basic principles of temperature measurement systems, development history and describes the design method with the CAN-bus-related, a description of the components used in the introduction, and a CAN bus node design circuit design, design clock circuit and reset circuit.The final design of the CAN-bus temperature detection system software design and flow chart. Temperature detection both in the field of medical electronics field or industrial control applications are very wide, people need all kinds of furnace, heat treatment furnace, the temperature in the reactor and boiler inspection and control, medical electronics and other biochemical analyzer, internalare related to temperature control, has a special broad prospects. Key words: AT89S51 monolithic integrated circuit temperature sensor DS18B20 SJA1000 controller temperature examination 基于 CAN 总线的温度检测系统 VI 目目 录录 引引 言言.1 第第 1 1 章章 绪绪 论论.2 1.1 本设计研究的背景和实际意义.2 1.2 研究相关内容的现状.2 1.3 课题完成功能.3 第第 2 章章 系统设计的基本方案系统设计的基本方案.4 2.1 设计的主要思路 .4 2.2 温度检测的总体方案设计.4 第第 3 3 章章 CANCAN 总线温度检测系统的硬件及设计总线温度检测系统的硬件及设计.5 3.1 CAN 总线的介绍.5 3.2 AT89S51 单片机介绍.6 3.3 传感器的选用 DS18B20 传感器.8 3.4 收发器，控制器与光耦合器.11 3.5 CAN 总线接口电路设计.13 3.6 单片机的接口电路.15 第第 4 章章 软件设计软件设计.19 4.1 软件流程图.19 4.2 系统程序设计.23 4.2 实验结果分析.23 结论与展望结论与展望.24 致致 谢谢.25 参考文献参考文献.26 附录附录 A A 原理图原理图.27 附录附录 B B 一篇引用的外文文献及其译文一篇引用的外文文献及其译文.28 附录附录 C C 列入的主要参考文献的题录及摘要列入的主要参考文献的题录及摘要.30 附录附录 D D 实验的部分主要源程序实验的部分主要源程序.32 VII 插图清单插图清单 图 2-1 系统结构图.4 图 3-1 AT89S51 单片机引脚图.6 图 3-2 DS18B20 外形结构图 .9 图 3-3 DS18B20 的写时序 .10 图 3-4 DS18B20 的读时序 .10 图 3-5 PCA82C250 收发器.11 图 3-6 CAN 总线系统硬件电路原理图.14 图 3-7 振荡电路.15 图 3-8 外部时钟的电路.16 图 3-9 上电复位.16 图 3-10 开机复位.17 图 3-11 时钟电路.17 图 3-12 DS18B20 接口电路 .18 图 4-1 总流程图.19 图 4-2 CAN SJA1000 初始化.20 图 4-3 SJ1000 发送 .21 图 4-4 SJA1000 接受 .22 基于 CAN 总线的温度检测系统 VIII 表格清单表格清单 表 3-1 DS18B20 内部结构 .9 表 3-2 SJA1000 的功能框图 .12 基于 CAN 总线的温度检测系统 - 0 - 引引 言言 自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控 制系统中最为常见的控制类型之一。随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控 对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。温度控制系统广泛应 用于社会生活的各个领域 ,如家电、汽车、材料、电力电子等 ,常用的控制电路根据 应用场合和所要求的性能指标有所不同 , 在工业企业中,如何提高温度控制对象的运 行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。 数字温度传感器 DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的 麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于 DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数 据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器 DS18B20做成探头，探入到狭小的 地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器 DS18B20进行范围的温度检测。采 用单片机 AT89S51对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点， 而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。 本文采用 DS18B20测温芯片作为传感器，使用 CAN 总线标准，设计温度测试体统， 该系统精度高，可靠性好，结构简单，成本底，用于各种检测温度场合。 安徽工程大计（论文） - 1 - 第第 1 1 章章 绪绪 论论 1.1 本设计研究的背景和实际意义 现场总线是唯一有国际标准的现场总线。它是应用在生产最底层的一种总线型拓扑 的网络，是用作现场控制系统的、直接与所有受控节点串行相连的通信网络。受控设 备和网络所处的环境可能很特殊，对信号的干扰往往是多方面的，这就要求控制必须 是实时性很强。在 20 世纪 80 年代初，工程人员开始讨论现有的总线系统运用于轿车 的可能性。1986 年 2 月在 SAE 大会上，博世公司提出了 CAN，称为“Automotive Serial Controller Area Network” 。今天几乎每一辆在欧洲诞生的新轿车都至少装配 有一个 CAN 网络系统。CAN 也应用在从火车到轮船等其他类型的运输工具上，以及工业 控制方面 。 由于 CAN 总线具有多主方式工作、非破坏总线仲裁、直接通讯距离远、通信介质灵 活、性价比高等特点，其应用范围目前已不再局限于汽车行业，而扩展到了机械工业、 纺织机械、农业机械、机器人、数控机床、家用电器等领域发展。CAN 已经形成了国际 标准，并已被公认为集中最有前途的现场总线之一。对于 CAN 总线的开发具有重要的 现实意义。 1.2 研究相关内容的现状 随着科技的进步和时代的发展，温度在人们的生产和生活中扮演的角色越来越重 要。因此在现代的生产和生活中对温度进行监测便有了十分重要的意义。但是，目前 常用的温度监测系统大多存在至少两大缺点：其一，使用的通信网络可靠性低，抗干 扰能力差，成本高；其二，线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗。为了克服这 些缺点，本文提出了将目前最有前途之一的 CAN 总线技术与数字化传感器技术结合起 来的设计思想，实现了基于 CAN 总线的智能化温度检测系统5。 温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色,它 对人们的生活具有很大的影响,所以温度检测系统的设计与研究有十分重要的意义。温 度是生产过程和科学试验中普遍存在的物理量,许多领域都需要对温度进行监控。温度 检测对于国民经济等各领域有着非常重要的意义和价值,因此良好的温度检测系统对于 温度检测来说就显得尤为重要。本文研究的温度检测系统就是为了完成本单位温度检 测工作。由于工作要求精度高,测量范围广,需要研制一种方便的以精密铂电阻为标准 传感器的高精度数字温度检测系统。精度问题是本系统需要解决的一个非常重要的问 题,要求检测精度达到0.05。 用 DSl8820 温度传感器对测量点的温度进行采集，可测量多点温 DSl8820 温度， 单片机负责将采集到的各温度值进行处理，然后将测量值传输到 CAN 总线上，多个 CAN 总线通信系统可构成 CAN 总线通信网络，彼此进行通信，温度监测系统作为网络中的 一个智能节点，CAN 总线系统很容易扩展成多点的温度监测网络，以实现对较大系统的 温度实时监测任务。 基于 CAN 总线的温度检测系统 - 2 - 1.3 课题完成功能 利用 AT89S51 单片机、SJA1000CAN 控制器设计开发基于智能节点的 CAN 网络， 实时监测各个节点状态并发送状态信息。 安徽工程大计（论文） - 3 - 第第 2 章章 系统设计的基本方案系统设计的基本方案 2.1 设计的主要思路 整个系统智能节点和一台主控制器组成。主控制器和智能节点通过 CAN 总线连成 网络。智能节点每个 1 秒采集一次温度值，将采集到的温度值在本机显示并通过 CAN 总线传输到主控制器。主控制器接收智能节点的温度值并显示，并可通过 CAN 总线向 智能节点发送温度。 2.2 温度检测的总体方案设计 根据应用场合的需要，本温度测控系统主要完成的功能有：对热电偶温度传感器 Pt100 的信号进行检测；利用数字温度传感器 DS18B20 对温度的检测；现场 LED 显示数 字温度信号以及键盘控制功能；主站通过 CAN 总线与下位机通信,实现对整个系统的监 控。系统主要由：监控模块、测温模块、现场显示模块和 CAN 总线通信等部分组成。 设计系统结构图如图 2-1： 图 2-1 系统结构图 上位机 电平转换 收发节点 温度节点 速度节点 CAN 总线 基于 CAN 总线的温度检测系统 - 4 - 第第 3 3 章章 CANCAN 总线温度检测系统的硬件及设计总线温度检测系统的硬件及设计 3.1 CAN 总线的介绍 CAN 总线是德国一家公司在 20 世纪 80 年代初为解决汽车中大量的控制与测试仪 器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议。CAN 能灵活有效地支持具有较高安 全等级的分布式控制其数据传输速度可达 1Mbps，在汽车、煤矿安全检测、自动化仪 表、智能楼宇、机械制造等领域应用广泛。本文介绍了一种基于 CAN 总线的智能温、 湿度检测系统，可应用于不同的工业自动化领域。CAN 即控制器局域网络,属于工业现 场总线的范畴。与一般的通信总线相比,CAN 总线的数据通信具有突出的可靠性、实时 性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计,CAN 总线越来越受到人们的重视。由于 CAN 总线本身的特点,CAN 已经形成国际标准,并已被公认为几种最有前途的现场总线之 一3。 CAN(Controller Area Network控制器局域网)是一种有效的支持分布式控制 和实施控制的总线式串行通信网络，其可靠性远高于已经陈 1 日的现场通信技术，具 有强有力的检错功能以及优先权和仲裁功能，可以很容易的实现多个单片机的挂载， 并且价格低廉，结构灵活，维护方便，已经成为国际上应用最广泛的现场总线之一。 另外,与其它现场总线比较而言,CAN 总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等 诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这些也是目前 CAN 总线应用于众多领域, 具有强劲的市场竞争力的重要原因。 CAN 通信的特点 ： (1) CAN 是到目前为止唯一具有国际标准且成本较低的现场总线； (2) CAN 废除了传统总线的站地址编码，对通信数据块进行编码，为多主方式工作， 不分主从，通信方式灵活，通过报文标识符通信，可使不同的节点同时接收到相同的 数据，无需站地址等节点信息。 (3) CAN 采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级 较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从 而大大节省了总线冲突仲裁时间。尤其是在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫 痪情况(以太网则有可能出现这种情况)。 (4) CAN 只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点即全局广播等方式传送接 收数据，无需专门的“调度” 。 (5) CAN 的直接通信距离最远可达 10km(速率 5kbps 以下)；通信速率最高可 lambs(此时通信距离最长为 40m)； (6) CAN 上的节点数最多可达 110 个(主要取决于总线驱动电路)。 (7) CAN 采用短帧结构，单帧最大长度仅 150 位，传输时间短，从而保证了通信的 实时性，受干扰概率低。 (8) CAN 的每帧信息都有 CRC 校验及其他检错措施，降低了数据出错率，保证了数 据通信的可靠性。 (9) CAN 节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的 操作不受影响。 (10) CAN 的通信介质可使用双绞线作为传输介质，价格低廉，可靠性强。 安徽工程大计（论文） - 5 - 3.2 AT89S51 单片机介绍 AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In- system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引 脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型 计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。89S51 采用 0.35 新工艺，成本降低,而且将功能提升,增加了竞争力。AT89S51 单片机引脚图如 3- 13。 AT89S51 提供一下标准功能：4K 字节 Flash 闪速存储器，128 字节内部 RAM,32 个 I/O 口线，看门狗（WDT） ，两个数据指针，两个 16 位定时/计数器，一个 5 向量两级中 断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89S51 可降至 0HZ 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作， 但允许 RAM，定时/计数器，串行通信口及诊断系统工作。掉电方式保存 RAM 中的内容， 但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 图 3-1 AT89S51 单片机引脚图 AT89S51 具有如下特点：40 个引脚，4k Bytes Flash 片内程序存储器，128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，32 个外部双向输入/输出（I/O）口，5 个中断优 先级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，看门狗 （WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可 通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外 中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直 至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式， 以适应不同产品的需求。 1主要特性： （1） 8031 CPU 与 MCS-51 兼容 基于 CAN 总线的温度检测系统 - 6 - （2） 4K 字节可编程 FLASH 存储器(寿命：1000 写/擦循环) （3） 全静态工作：0Hz-33MHz （4） 三级程序存储器保密锁定 （5） 128*8 位内部 RAM （6） 32 条可编程 I/O 线 （7） 两个 16 位定时器/计数器 （8） 6 个中断源 （9） 可编程串行通道 （10） 低功耗的闲置和掉电模式 （11） 片内振荡器和时钟电路 2管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它 可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收 输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部 下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输 出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址 的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器 进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高 八位地址信号和控制信号。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入， 由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断 0） P3.3 /INT1（外部中断 1） P3.4 T0（记时器 0 外部输入） P3.5 T1（记时器 1 外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 I/O 口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实 际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算 或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。 安徽工程大计（论文） - 7 - 上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器 CPU 将根据不同的指令分别发出读端口 或读引脚信号以完成不同的操作。这是由硬件自动完成的，不需要我们操心，1 然后再 实行读引脚操作，否则就可能读入出错，为什么看上面的图，如果不对端口置 1 端口 锁存器原来的状态有可能为 0Q 端为 0Q为 1 加到场效应管栅极的信号为 1，该场效应 管就导通对地呈现低阻抗，此时即使引脚上输入的信号为 1，也会因端口的低阻抗而使 信号变低使得外加的 1 信号读入后不一定是 1。若先执行置 1 操作，则可以使场效应管 截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入，由于在输入操作时还必须附加 一个准备动作，所以这类 I/O 口被称为准双向口。89C51 的 P0/P1/P2/P3 口作为输入时 都是准双向口。接下来让我们再看另一个问题，从图中可以看出这四个端口还有一个 差别，除了 P1 口外 P0P2P3 口都还有其他的功能。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平 时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地 位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率 周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或 用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指 令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁 止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机 器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出 现。 /EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH） ， 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端 保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编 程电源（VPP） 。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 AT89SXX 系列单片机实现了 ISP 下载功能，故而取代了 89CXX 系列的下载方式， 也是因为这样，ATMEL 公司已经停止生产 89CXX 系列的单片机，现在市面上的 AT89CXX 多是停产前的库存产品。 3.3 传感器的选用 DS18B20 传感器 DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司继 DS1820 之后最新推出的一种改进型智能温度 传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过 简单的编程实现 912 位的数字值读数方式11。可以分别在 93.75 ms 和 750 ms 内完 成 9 位和 12 位的数字量，并且从 DS18B20 读出的信息或写入 DS18B20 的信息仅需要一 根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的 DS18B20 供电，而无需额外电源。因而使用 DS18B20 可使系统结构更趋简单，可靠性更 高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较 DS1820 有了很大的改进， 给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。 DS18B20 产品的特点 基于 CAN 总线的温度检测系统 - 8 - （1） 只要求一个端口即可实现通信。 （2） 在 DS18B20 中的每个器件上都有独一无二的序列号。 （3） 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。 （4） 测量温度范围在55。C 到125。C 之间。 （5） 数字温度计的分辨率用户可以从 9 位到 12 位选择。 （6） 内部有温度上、下限告警设置。 图 3-2 DS18B20 外形结构图 DS18B20 内部结构主要由四部分组成：64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温 度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。 由于 DS18B20 采用的是 1Wire 总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向 传输，而对 AT89S51 单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用 软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对 DS18B20 芯片的访问。 由于 DS18B20 是在一根 I/O 线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时 序要求。DS18B20 有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定 义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设 备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序 开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据 接收。数据和命令的传输都是低位在先。 表 3-1 DS18B20 内部结构11 64 位 ROM 和单 总线接口 储存器和控制逻辑 暂存器 温度传感器 上线触发 TH 上线触发 TH 高速寄存器 8 位 CRC 产生器 电源 控制 器 VPU DQ GND VDD 内部 VDD DS18B20 安徽工程大计（论文） - 9 - 上表 3-1 表示 DS18B20 的方框图，上图已经给出了引脚说明。64 位只读存储器存储 器件的唯一片序列号。高速暂存器含有两个字节的温度寄存器，这两个寄存器用来存 储温度传感器输出的数据。除此之外，高速暂存器提供一个直接的温度报警值寄存器 （TH 和 TL），和一个字节的配置寄存器。配置寄存器允许用户将温度的精度设定为 9，10，11 或 12 位。TH、TL 和配置寄存器是非易失性的可擦除的程序寄存器 （EEPROM），所以存储的数据在器件掉电时不会消失。 DS18B20 通过达拉斯公司独有的单总线协议依靠一个单线端口通讯。当全部器件经 由一个 3 态端口（DQ 引脚在 DS18B20 上的情况下）与总线连接的时候，控制线需要连 接一个上拉电阻。在这个总线系统中，微控制器（主器件）依靠每个器件独有的 64 位 片序列码辨认总线上的器件和记录总线上的器件地址。由于每个装置有一个独特的片 序列码，总线可以连接的器件数码事实上是无限的。单总线协议，包括指令的详细解 释和“时序”。 DS18B20 的写时序仍然分为写 0 时序和写 1 时序两个过程。DS18B20 写 0 时序和写 1 时序的要求不同，当要写 0 时序时，单总线要被拉低至少 60us，保证 DS18B20 能够 在 15us 到 45us 之间能够正确地采样 IO 总线上的“0”电平，当要写 1 时序时，单总 线被拉低之后，在 15us 之内就得释放单总线。 图 3-3 DS18B20 的写时序 DS18B20 的读时序分为读 0 时序和读 1 时序两个过程。DS18B20 的读时隙是从主机 把单总线拉低之后，在 15 秒之内就得释放单总线，以让 DS18B20 把数据传输到单总线 上。DS18B20 在完成一个读时序过程，至少需要 60us 才能完成。 图 3-4 DS18B20 的读时序 基于 CAN 总线的温度检测系统 - 10 - 3.4 收发器，控制器与光耦合器 CAN 总线驱动器 PCA82C250 CAN 总线驱动器 PCA82C250 主要提供 CAN 控制器与物理总线之间的接口6