摘要：在分析數(shù)字溫度傳感器DS1722的功能、特點、應(yīng)用領(lǐng)域以及時序的基礎(chǔ)上，設(shè)計了由傳感器DS1722和單片機(jī)89C51構(gòu)成的溫度測量系統(tǒng)。實驗證明：數(shù)字溫度傳感器DS1722在0℃～100℃測溫范圍內(nèi)誤差小于±0.5℃，且最遠(yuǎn)傳輸距離為5m。
一、前言
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，溫度傳感器的種類日益繁多，應(yīng)用逐漸廣泛，并且開始由模擬式向著數(shù)字式、單總線式、雙總線式和三總線式方向發(fā)展。而數(shù)字溫度傳感器更因適用于各種微處理器接口組成的自動溫度控制系統(tǒng)具有可以克服模擬傳感器與微處理器接口時需要信號調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換器的弊端等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電子測溫計、醫(yī)療儀器等各種溫度控制系統(tǒng)中。其中，比較有代表性的數(shù)字溫度傳感器有DS1820、MAX6575、DS1722、MAX6635等。本文主要介紹了數(shù)字溫度傳感器DS1722的特性、使用方法以及它的時序等，并闡述了傳感器DS1722和單片機(jī)89C51構(gòu)成的溫度測量系統(tǒng)。
二、DS1722的工作原理
1 、DS1722的主要特點
DS1722是一種低價位、低功耗的三總線式數(shù)字溫度傳感器，其主要特點如表1所示。
2、DS1722的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
數(shù)字溫度傳感器DS1722有8管腳m-SOP封裝和8管腳SOIC封裝兩種，其引腳排列如圖1所示。它由四個主要部分組成：精密溫度傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、SPI/三線接口電子器件和數(shù)據(jù)寄存器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。
開始供電時，DS1722處于能量關(guān)閉狀態(tài)，供電之后用戶通過改變寄存器分辨率使其處于連續(xù)轉(zhuǎn)換溫度模式或者單一轉(zhuǎn)換模式。在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下，DS1722連續(xù)轉(zhuǎn)換溫度并將結(jié)果存于溫度寄存器中，讀溫度寄存器中的內(nèi)容不影響其溫度轉(zhuǎn)換;在單一轉(zhuǎn)換模式，DS1722執(zhí)行一次溫度轉(zhuǎn)換，結(jié)果存于溫度寄存器中，然后回到關(guān)閉模式，這種轉(zhuǎn)換模式適用于對溫度敏感的應(yīng)用場合。在應(yīng)用中，用戶可以通過程序設(shè)置分辨率寄存器來實現(xiàn)不同的溫度分辨率，其分辨率有8位、9位、10位、11位或12位五種，對應(yīng)溫度分辨率分別為1.0℃、0.5℃、0.25℃、0.125℃或0.0625℃，溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果的默認(rèn)分辨率為9位。DS1722有摩托羅拉串行接口和標(biāo)準(zhǔn)三線接口兩種通信接口，用戶可以通過SERMODE管腳選擇通信標(biāo)準(zhǔn)。
3、DS1722溫度操作方法
傳感器DS1722將溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后以二進(jìn)制的補(bǔ)碼格式存儲于溫度寄存器中，通過SPI或者三線接口，溫度寄存器中地址01H和02H中的數(shù)據(jù)可以被讀出。輸出數(shù)據(jù)的地址如表2所示，輸出數(shù)據(jù)的二進(jìn)制形式與十六進(jìn)制形式的精確關(guān)系如表3所示。在表3中，假定DS1722 配置為12位分辨率。數(shù)據(jù)通過數(shù)字接口連續(xù)傳送，MSB(最高有效位)首先通過SPI傳輸，LSB(最低有效位)首先通過三線傳輸。
4、DS1722的工作程序
DS1722的所有的工作程序由SPI接口或者三總線通信接口通過選擇狀態(tài)寄存器位置適合的地址來完成。表4為 寄存器的地址表格，說明了DS1722兩個寄存器(狀態(tài)和溫度)的地址。
1SHOT是單步溫度轉(zhuǎn)換位，SD是關(guān)閉斷路位。如果SD位為“1”，則不進(jìn)行連續(xù)溫度轉(zhuǎn)換，1SHOT位寫入“1”時，DS1722執(zhí)行一次溫度轉(zhuǎn)換并且把結(jié)果存在溫度寄存器的地址位01h(LSB)和02h(MSB)中，完成溫度轉(zhuǎn)換后1SHOT自動清“0”。如果SD位是“0”，則進(jìn)入連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，DS1722將連續(xù)執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換并且將全部的結(jié)果存入溫度寄存器中。雖然寫到1SHOT位的數(shù)據(jù)被忽略，但是用戶還是對這一位有讀/寫訪問權(quán)限。如果把SD改為“1”，進(jìn)行中的轉(zhuǎn)換將繼續(xù)進(jìn)行直至完成并且存儲結(jié)果，然后裝置將進(jìn)入低功率關(guān)閉模式。
傳感器上電時默認(rèn)1SHOT位為“0”。R0，R1，R2為溫度分辨率位，如表5所示(x=任意值)。用戶可以讀寫訪問R2，R1和R0位，上電默認(rèn)狀態(tài)時R2=“0”，R1=“0”，R0=“1”(9位轉(zhuǎn)換)。此時，通信口保持有效，用戶對SD位有讀/寫訪問權(quán)限，并且其默認(rèn)值是“1”(關(guān)閉模式)。
三、DS1722測溫系統(tǒng)設(shè)計
1、軟件設(shè)計
傳感器DS1722提供了兩種串行接口模式，當(dāng)模式選通管腳SERMODE接VDDD時選擇SPI通信，當(dāng)該管腳接地時選擇標(biāo)準(zhǔn)三總線通信。
以三總線模式為例，溫度測量系統(tǒng)硬件電路由數(shù)字溫度傳感器DS1722和單片機(jī)AT89C51及顯示部分組成。用P1口作數(shù)據(jù)的輸出端口，采集到的溫度信號由單片機(jī)處理后送到P1口，經(jīng)74LS47驅(qū)動送至七段碼譯碼器顯示。其電路框圖如圖3所示。
2、軟件設(shè)計
軟件的設(shè)計分為四個大部分：數(shù)據(jù)的采集部分、數(shù)據(jù)整數(shù)部分的轉(zhuǎn)化部分、數(shù)據(jù)小數(shù)部分的轉(zhuǎn)化部分、數(shù)據(jù)的顯示部分。系統(tǒng)軟件流程如圖4所示。
四、測溫結(jié)果及分析
在溫度測量過程中，將傳感器DS1722放入0℃冰水混合的容器中，逐漸給容器加熱升溫，用溫度計觀察容器中水溫變化，并記錄傳感器經(jīng)單片機(jī)89C51處理后的輸出溫度值，所得數(shù)據(jù)如表6所示。如果用公式“絕對誤差=實際溫度—實測溫度”來計算溫度傳感器DS1722的誤差，那么實驗數(shù)據(jù)表明：隨著溫度的升高，實驗誤差越來越大。誤差隨溫度變化的曲線如圖5所示。
傳感器DS1722的溫度誤差與溫度呈線性關(guān)系，產(chǎn)生溫度誤差的因素大概有以下幾個方面：
(1)實驗電路本身的因素;
(2)人為因素，在讀數(shù)時可能存在人為誤差;
(3)環(huán)境的因素，因為把傳感器放到了試管內(nèi)，管內(nèi)溫度和水溫有一定的差別;
(4)傳感器自身因素，實驗時傳感器焊接到八腳雙列直插管座上，不能和試管壁充分接觸，這也存在一定的誤差。
綜合考慮以上的各種因素，這個誤差范圍是傳感器DS1722所允許的，所以，實驗數(shù)據(jù)真實有效。
五、結(jié)束語
數(shù)字溫度傳感器DS1722可接受寬電壓范圍的模擬信號和低功率的數(shù)字邏輯信號，因而可滿足日益增長的對便攜和混合信號系統(tǒng)多電壓的要求。增加的標(biāo)準(zhǔn)三線和SPI串行接口使設(shè)計者在嵌入式系統(tǒng)中使用不同的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)定方面有很大的靈活性。
數(shù)字溫度傳感器DS1722的應(yīng)用領(lǐng)域可以涉及到個人計算機(jī)/服務(wù)器/工作組、單元電話、辦公設(shè)備或者任何熱敏系統(tǒng)，缺點是不能暴露在一些工業(yè)應(yīng)用需要的環(huán)境壓力下，例如燃燒狀況下。相信隨著DS1722使用者的增多，其必將發(fā)揮更大的作用。
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