《《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)（39頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、學(xué)號(hào)： 070911100 1 2009 - 2010 學(xué)年 第 2 學(xué)期 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù) 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 題 目：基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 電氣自動(dòng)化 班 級(jí)： 07 電氣自動(dòng)化本 姓 名： 指導(dǎo)教師： 成 績(jī)： 電氣工程系 1 2010 年 5 月 25 日 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū) 學(xué)生班級(jí)： 07 電氣自動(dòng)化本 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)：0709111001 設(shè)計(jì)名稱： 基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì) 起止日期： 2010 年 5 月 242010 年 5 月 28 指導(dǎo)教師： 臧老師 設(shè)計(jì)要求： 本設(shè)計(jì)主要是介紹了單片機(jī)控制下的溫度檢測(cè)系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了其硬 件 和軟件設(shè)計(jì)，

2、并對(duì)其各功能模塊做了詳細(xì)介紹，其主要功能和指標(biāo)如下： 利用溫度傳感器（DS18B20）測(cè)量某一點(diǎn)環(huán)境溫度 測(cè)量范圍為-5599，精度為0.5 用液晶進(jìn)行實(shí)際溫度值顯示 能夠根據(jù)需要方便設(shè)定上下限報(bào)警溫度 2 目 錄 一、 引言 5 二、設(shè)計(jì)內(nèi)容及性能指標(biāo) 5 三、系統(tǒng)方案論證 5 （一）、方案 .6 四、系統(tǒng)器件選擇 7 （一）、 單片機(jī)的選擇 .7 1、 89S51 引腳功能介紹 .8 （二）、溫度傳感器的選擇 .10 1、 DS18B20 簡(jiǎn)單介紹 :.10 2、 DS18B20 使用中的注意事項(xiàng) .12 3、 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) .13 4、 DS18B20 測(cè)溫原理 .17 5、

3、提高 DS1820 測(cè)溫精度的途徑 .18 （三）、顯示及報(bào)警模塊器件選擇 .20 五、硬件設(shè)計(jì)電路 21 （一）、主控制器 .22 （二）、顯示電路 .22 3 （三）、 溫度檢測(cè)電路 .22 （四）、溫度報(bào)警電路 .29 六、 軟件設(shè)計(jì) （一）、 概述 .30 （二）、主程序模塊 .30 （三）、各模塊流程設(shè)計(jì) .31 1、 溫度檢測(cè)流程 .31 2、報(bào)警模塊流程 .32 3、 中斷設(shè)定流程 .33 七、自我評(píng)價(jià) 35 八、致謝 36 參考文獻(xiàn) 36 4 摘要：隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活、工作、 科研、各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù), 本文主要介紹了一個(gè)基于

4、89S51 單片機(jī)的測(cè)溫系統(tǒng)，詳細(xì)描述了利用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 開(kāi)發(fā)測(cè)溫 系統(tǒng)的過(guò)程，重點(diǎn)對(duì)傳感器在單片機(jī)下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng) 流程進(jìn)行了詳盡分析，對(duì)各部分的電路也一一進(jìn)行了介紹,該系統(tǒng)可以方便的實(shí) 現(xiàn)實(shí)現(xiàn)溫度采集和顯示，并可根據(jù)需要任意設(shè)定上下限報(bào)警溫度，它使用起來(lái) 相當(dāng)方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，適合于 我們?nèi)粘Ｉ詈凸?、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測(cè)量，也可以當(dāng)作溫度處理模塊嵌入其 它系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴(kuò)展。DS18B20 與 AT89C51 結(jié)合實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)溫 度檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫 度測(cè)

5、量，有廣泛的應(yīng)用前景。 5 一、引言 隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)各種信息參數(shù)的準(zhǔn)確度和精確度的 要求都有了幾何級(jí)的增長(zhǎng)，而如何準(zhǔn)確而又迅速的獲得這些參數(shù)就需要受 制于現(xiàn)代信息基礎(chǔ)的發(fā)展水平。在三大信息信息采集(即傳感器技術(shù))、信息 傳輸( 通信技術(shù)) 和信息處理 (計(jì)算機(jī)技術(shù)) 中，傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖 端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器技術(shù)，在我國(guó)各領(lǐng)域已經(jīng)引用的非常廣泛，可 以說(shuō)是滲透到社會(huì)的每一個(gè)領(lǐng)域，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在 工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中需要實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開(kāi)溫度的測(cè)量， 因此研究溫度的測(cè)量方法和裝置具有重要的意義。 測(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的

6、發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階 段： 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器 模擬集成溫度傳感器 智能集成溫度傳感器。 目前的智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問(wèn) 世的，它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶，特點(diǎn)是 能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)。社會(huì)的 發(fā)展使人們對(duì)傳感器的要求也越來(lái)越高，現(xiàn)在的溫度傳感器正在基于單片 機(jī)的基礎(chǔ)上從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā) 展，并朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開(kāi)發(fā)虛擬 傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展，本文 將介紹智能集成溫度傳感器DS1

7、8B20的結(jié)構(gòu)特征及控制方法，并對(duì)以此傳 感器，89S51 單片機(jī)為控制器構(gòu)成的數(shù)字溫度測(cè)量裝置的工作原理及程序設(shè) 計(jì)作了詳細(xì)的介紹。與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，其具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣， 測(cè)溫準(zhǔn)確，輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)測(cè)溫要求比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所， 或科研實(shí)驗(yàn)室使用。該設(shè)計(jì)控制器使用ATMEL公司的AT89S51 單片機(jī)，測(cè) 溫傳感器使用DALLAS公司DS18B20，用液晶來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。 二、設(shè)計(jì)內(nèi)容及性能指標(biāo) 本設(shè)計(jì)主要是介紹了單片機(jī)控制下的溫度檢測(cè)系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了其硬 件和軟件設(shè)計(jì)，并對(duì)其各功能模塊做了詳細(xì)介紹，其主要功能和指標(biāo)如下： 利用溫度傳感器（DS18B20）測(cè)量某一點(diǎn)環(huán)境溫

8、度 6 測(cè)量范圍為-5599，精度為0.5 用液晶進(jìn)行實(shí)際溫度值顯示 能夠根據(jù)需要方便設(shè)定上下限報(bào)警溫度 三、系統(tǒng)方案論證 該系統(tǒng)主要由溫度測(cè)量和數(shù)據(jù)采集兩部分電路組成，實(shí)現(xiàn)的方法有很 多種，下面將列出一種在日常生活中和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用到的實(shí)現(xiàn)方案。 （一）、方案 采用數(shù)字溫度芯片DS18B20 測(cè)量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化。便于單片 機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測(cè)溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化 學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，此元件線形較好。在0100 攝氏度 時(shí)，最大線形偏差小于1 攝氏度。DS18B20 的最大特點(diǎn)之一采用了單總線 的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì)DS18B20和微控制器A

9、T89S51 構(gòu)成的溫度測(cè)量裝 置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào),可直接與計(jì)算機(jī)連接。這樣,測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 就比較簡(jiǎn)單,體積也不大。采用51 單片機(jī)控制，軟件編程的自由度大，可通 過(guò)編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單， 安裝方便。既可以單獨(dú)對(duì)多DS18B20 控制工作，還可以與PC 機(jī)通信上傳數(shù)據(jù)，另外AT89S51 在工業(yè)控制 上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。 該系統(tǒng)利用AT89S51芯片控制溫度傳感器DS18B20進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)并 顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測(cè)量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報(bào)警溫度。 該系統(tǒng)擴(kuò)展性非常強(qiáng)，它可以在設(shè)計(jì)中加

10、入時(shí)鐘芯片DS1302以獲取時(shí)間數(shù) 據(jù)，在數(shù)據(jù)處理同時(shí)顯示時(shí)間，并可以利用AT24C16芯片作為存儲(chǔ)器件， 以此來(lái)對(duì)某些時(shí)間點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，利用鍵盤(pán)來(lái)進(jìn)行調(diào)時(shí)和溫度查 詢，獲得的數(shù)據(jù)可以通過(guò)MAX232芯片與計(jì)算機(jī)的 RS232接口進(jìn)行串口通信， 方便的采集和整理時(shí)間溫度數(shù)據(jù)。 7 系統(tǒng)框圖如圖 3.3所示 圖 3.3 DS18B20溫度測(cè)溫系統(tǒng)框圖 四、系統(tǒng)器件選擇 （一）、 單片機(jī)的選擇 對(duì)于單片機(jī)的選擇，可以考慮使用8031與8051系列，由于8031沒(méi)有內(nèi) 部RAM，系統(tǒng)又需要大量?jī)?nèi)存存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，因而不適用。AT89S51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8

11、位單片機(jī)，片內(nèi)含 4kbytes 的可編程的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器,兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它集 Flash 程序存儲(chǔ)器既可在線編程（ISP ），也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程，所以 低價(jià)位 AT89S51單片機(jī)可為提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于 各種控制領(lǐng)域，對(duì)于簡(jiǎn)單的測(cè)溫系統(tǒng)已經(jīng)足夠。單片機(jī)AT89S51 具有低電 壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。主要特 性如下 與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 8 壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz

12、-24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128*8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 5個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 圖 4.1 AT89S51單片機(jī)引腳圖 1、89S51 引腳功能介紹 AT89S51 單片機(jī)為40 引腳雙列直插式封裝。 其引腳排列和邏輯符號(hào)如圖4.1 所示。 各引腳功能簡(jiǎn)單介紹如下： VCC：供電電壓 GND：接地 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O口，每個(gè)管腳可吸收8TTL 門(mén) 電流。當(dāng)P1口的管腳寫(xiě) “1”時(shí)，被定義為高阻輸入。P0 能夠 用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/ 地址的第八 位。在

13、FLASH 編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH 進(jìn)行 9 校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0 外部電位必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口，P1口緩沖器能 接收輸出4TTL門(mén)電流。P1 口管腳寫(xiě)入“1”后，電位被內(nèi)部上 拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電 流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向I/O 口，P2口緩沖器可接收， 輸出4個(gè)TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳電位被內(nèi)部 上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時(shí)，P2口的管腳電位

14、被 外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用 于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉 的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出 其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收 高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出4個(gè) TTL門(mén)電流。當(dāng)P3 口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平， 并用作輸入。作為輸入時(shí)，由于外部下拉為低電平，P3口將輸 出電流(ILL) ，也是由于上拉的緣故。P3 口也可作為 AT89C51 的一些

15、特殊功能口： P3.0 RXD(串行輸入口) P3.1 TXD(串行輸出口) P3.2 INT0(外部中斷0) P3.3 INT1(外部中斷1) P3.4 T0(記時(shí)器0外部輸入) P3.5 T1(記時(shí)器1外部輸入) P3.6 WR (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通) P3.7 RD (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通) 同時(shí)P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 10 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期 的高電平時(shí)間。 ALE / PROG ：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于 鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用 于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端

16、以不變的頻率周期 輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它 可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注 意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令時(shí) ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處 理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取址期間， 每個(gè)機(jī)器周期PSEN兩次有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， 這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當(dāng)EA 保持低電平時(shí)，訪問(wèn)外部ROM；注意加密方式

17、1時(shí)， EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，訪問(wèn)內(nèi) 部ROM。在FLASH 編程期間，此引腳也用于施加12V編程 電源(VPP)。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 （二）、溫度傳感器的選擇 由于傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件測(cè)出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng) 的溫度，需要比較多的外部元件支持，且硬件電路復(fù)雜，制作成本相對(duì)較 高。這里采用DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為測(cè)溫元件。 11 1、 DS18B20 簡(jiǎn)單介紹: DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20是一種新型的“一線器件” ，其體積更小、

18、更適用于多種場(chǎng)合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。DALLAS 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線” 接口的溫度傳感器。溫度測(cè)量范圍為-55+125 攝氏度，可編程為9位12 位轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625攝氏度，分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定 的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM 中，掉電后依然保存。被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的 16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠(yuǎn)端引入，也可以采用寄 生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3 根或2 根線上，CPU只需一 根端口線就能與諸多DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大 量的引線和邏輯電路。因此用它來(lái)

19、組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在 一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。 DS18B20 的性能特點(diǎn)如下： 獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線 即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊 DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線 上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫 DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集 成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由 數(shù)據(jù)線供電 溫范圍55125，在-10+85時(shí)精度為0.5 零待機(jī)功耗 可編程的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的

20、可分辨溫度分別為0.5、0.25、 12 0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫 在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最 多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 用戶可定義報(bào)警設(shè)置 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器 件 測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以一線總線 串行傳送給CPU ，同 時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力 負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能 正常工作 以上特點(diǎn)使DS18B20非常適用與多點(diǎn)、遠(yuǎn)距離溫度檢測(cè)系統(tǒng)。 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感

21、器、 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列、各 種封裝形式如圖 4.2 所示，DQ 為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開(kāi)漏單總線接口引 腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源；GND為地信號(hào)； VDD為可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。其電 路圖 4.3所示.。 13 圖 4.2 外部封裝形式 圖4.3 傳感器電路圖 2、 DS18B20 使用中的注意事項(xiàng) DS18B20 雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線 少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題： DS18B20 從測(cè)溫結(jié)束到將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間

22、， 這是必須保證的，不然會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤的現(xiàn)象，使溫度輸出總是顯示 85。 在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)使電源電壓保持在5V 左右，若電源電壓過(guò)低， 會(huì)使所測(cè)得的溫度精度降低。 較小的硬件開(kāi)銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS1820與微處 理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS1820進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí)，必 須嚴(yán)格的保證讀寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M、C 等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)DS1820操作部分最好采用匯編 14 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。 在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20 數(shù)量問(wèn)題， 容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此， 當(dāng)單總

23、線上所掛DS18B20 超過(guò)8 個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線 驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。 在DS18B20測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS18B20 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程 序總要等待DS18B20的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS18B20 接觸不好或斷 線，當(dāng)程序讀該DS18B20 時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)， 這一點(diǎn)在進(jìn)行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。 3、 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖為 DS1820 的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64 位激 光 ROM 單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器（內(nèi)含便箋式 RAM） ，用于存 儲(chǔ)用戶設(shè)定

24、的溫度上下限值的 TH 和 TL 觸發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、8 位循環(huán)冗 余校驗(yàn)碼（CRC）發(fā)生器等七部分。 DS18B20采用腳PR35 封裝或腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如 圖 4.4所示 15 圖 4.4 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 64 b 閃速 ROM 的結(jié)構(gòu)如下： 開(kāi)始位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48 位，最后位是前面56 位的CRC 檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20 可以采用 一線進(jìn)行通信的原因。溫度報(bào)警觸發(fā)器和，可通過(guò)軟件寫(xiě)入戶報(bào) 警上下限。主機(jī)操作ROM的命令有五種，如表所列 16 指 令 說(shuō) 明 讀ROM （33H） 讀DS1820的序列號(hào) 匹配ROM

25、 （55H） 繼讀完64位序列號(hào)的一個(gè)命令，用 于多個(gè)DS1820 時(shí)定位跳過(guò)ROM （CCH） 此命令執(zhí)行后的存儲(chǔ)器操作將針對(duì) 在線的所有DS1820搜ROM （F0H） 識(shí)別總線上各器件的編碼，為操作 各器件作好準(zhǔn)備報(bào)警搜索（ECH ） 僅溫度越限的器件對(duì)此命令作出響 應(yīng)DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存和一個(gè) 非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM 的結(jié)構(gòu)為字節(jié)的存儲(chǔ)器， 結(jié)構(gòu)如圖 4.5所示。 圖 4.5 高速暫存RAM結(jié)構(gòu)圖 前個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第和第字節(jié)和的拷貝， 是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi) 容用于確定溫度值

26、的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20 工作時(shí)寄存器中的分辨率 轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。 溫度低位 溫度高位 TH TL 配置 保留 保留 保留 8 位 CRC LSB MSB 當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫 度值就以 16 位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第 17 1，2 字節(jié)。單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在 后，數(shù)據(jù)格式以 0.062 5 /LSB 形式表示。溫度值格式如下： 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 18B20 的兩個(gè) 8 比特的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫

27、度大于 0，這 5 位 為 0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于 0.0625 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 0.0625 即可得到實(shí)際溫 度。圖中，S 表示位。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)，表示測(cè)得的溫 度植為正值，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1 時(shí)，表示測(cè)得的溫度 植為負(fù)值，先將補(bǔ)碼變換為原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。例如+125的數(shù)字輸 出為 07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為 0191H，-25.0625 的數(shù)字輸出為 FF6FH，-55的數(shù)字輸出為 FC90H。 DS18B20 溫度傳感器主要用于對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)可用 1

28、6 位符號(hào)擴(kuò) 展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，并以 0.0625LSB 形式表示。表 2 是部 分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度表示數(shù)據(jù)。 表 2 部分溫度值 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與 RAM 中的 TH、TL 字節(jié)內(nèi)容作比較，若 TTH 或 TTL,則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并對(duì) 18 主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只 DS18B20 同時(shí)測(cè)量溫 度并進(jìn)行告警搜索。 在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）。主 機(jī)根據(jù) ROM 的前 56 位來(lái)計(jì)算 CRC 值，并和存入 DS18B20 中的 CRC 值 做比較，以判斷主機(jī)收到的 RO

29、M 數(shù) 據(jù)是否正確。 4、DS18B20 測(cè)溫原理 DS18B20 的測(cè)溫原理如圖 2 所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受 溫度的影響很小用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1，高溫度系 數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門(mén)，當(dāng)計(jì)數(shù)門(mén)打開(kāi)時(shí)，DS18B20 就對(duì)低溫 度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量.計(jì)數(shù)門(mén)的開(kāi) 啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將-55 所對(duì)應(yīng)的基 數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被 預(yù)置在-55 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。 減法計(jì)數(shù)器 1

30、 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減 法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時(shí)溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù) 置將重新被裝入,減法計(jì)數(shù)器 1 重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào) 進(jìn)行計(jì)數(shù),如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累 加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫圖 2 中的斜率累加器用于補(bǔ)償和 修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性其輸出用，于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì) 數(shù)門(mén)仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值，這就 是 DS18B20 的測(cè)溫原理。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概 念，因此讀寫(xiě)

31、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。操作協(xié)議為：初始化 DS18B20 （發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā) ROM 功能命令 發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)。 19 圖（2） DS18B20 測(cè)溫原理圖 在正常測(cè)溫情況下，DS1820 的測(cè)溫分辨力為 0.5，可采用下述方法獲 得高分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果：首先用 DS1820 提供的讀暫存器指令（BEH） 讀出以 0.5為分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果，然后切去測(cè)量結(jié)果中的最低有效位 （LSB） ，得到所測(cè)實(shí)際溫度的整數(shù)部分 Tz，然后再用 BEH 指令取計(jì)數(shù)器 1 的計(jì)數(shù)剩余值 Cs 和每度計(jì)數(shù)值 CD。考慮到 DS1820 測(cè)量溫度的整數(shù)部分以

32、0.25、0.75為進(jìn)位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度 Ts 可用下式計(jì)算： Ts=（Tz-0.25）+(CD-Cs)/CD 5、提高 DS1820 測(cè)溫精度的途徑 （1）、DS1820 高精度測(cè)溫的理論依據(jù) DS1820 正常使用時(shí)的測(cè)溫分辨率為 0.5，這對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)組軸瓦 溫度監(jiān)測(cè)來(lái)講略顯不足，在對(duì) DS1820 測(cè)溫原理詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，我們采 取直接讀取 DS1820 內(nèi)部暫存寄存器的方法，將 DS1820 的測(cè)溫分辨率提高 到 0.10.01 20 DS1820 內(nèi)部暫存寄存器的分布如表 1 所示，其中第 7 字節(jié)存放的是當(dāng) 溫度寄存器停止增值時(shí)計(jì)數(shù)器 1 的計(jì)數(shù)剩余值，第 8 字節(jié)存放的

33、是每度所 對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值，這樣，我們就可以通過(guò)下面的方法獲得高分辨率的溫度測(cè) 量結(jié)果。首先用 DS1820 提供的讀暫存寄存器指令(BEH)讀出以 0.5為分辨 率的溫度測(cè)量結(jié)果，然后切去測(cè)量結(jié)果中的最低有效位(LSB)，得到所測(cè)實(shí) 際溫度整數(shù)部分 T 整數(shù)，然后再用 BEH 指令讀取計(jì)數(shù)器 1 的計(jì)數(shù)剩余值 M 剩余和每度計(jì)數(shù)值 M 每度，考慮到 DS1820 測(cè)量溫度的整數(shù)部分以 0.25、 0.75為進(jìn)位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度 T 實(shí)際可用下式計(jì)算得到：T 實(shí)際=(T 整數(shù)0.25)+(M 每度M 剩余)/M 每度。 表 1 DS18B20 暫存寄存器分布 該字節(jié)各位的定義如下： TM R1

34、 R0 1 1 1 1 1 低 5 位一直都是 1，TM 是測(cè)試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測(cè) 試模式。在 DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動(dòng)，R1 和 R0 決定溫度轉(zhuǎn) 換的精度位數(shù)，即是來(lái)設(shè)置分辨率，如表 1 所示（DS18B20 出廠時(shí)被設(shè)置為 12 位）。 R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)/mm 0 0 9 位 93.75 0 1 10 位 187.75 1 0 11 位 275.00 1 1 12 位 750.00 表 1 R1 和 R2 模式表 21 由表 1 可見(jiàn)，設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長(zhǎng)。 因此，在實(shí)際應(yīng)用中要

35、在分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。高速暫存存儲(chǔ)器除 了配置寄存器外，還有其他 8 個(gè)字節(jié)組成，其分配如下所示。其中溫度信 息（第 1，2 字節(jié)） 、T H 和 TL 值第 3，4 字節(jié)、第 68 字節(jié)未用，表現(xiàn)為全 邏輯 1；第 9 字節(jié)讀出的是前面所有 8 個(gè)字節(jié)的 CRC 碼，可用來(lái)保證通信 正確。 根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò) 三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前 都要對(duì) DS18B20 進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后 發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對(duì) DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的 操作。復(fù)位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500 微秒，然后

36、釋放，DS18B20 收到 信號(hào)后等待 1660 微秒左右，后發(fā)出 60240 微秒的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。 （2）、 測(cè)量數(shù)據(jù)比較 表 2 為采用直接讀取測(cè)溫結(jié)果方法和采用計(jì)算方法得到的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)比 較，通過(guò)比較可以看出，計(jì)算方法在 DS1820 測(cè)溫中不僅是可行的，也可以 大大的提高 DS1820 的測(cè)溫分辨率。 表 2 DS18B20 直度測(cè)溫結(jié)果與計(jì)算測(cè)溫結(jié)果數(shù)據(jù)比較 （三）、顯示及報(bào)警模塊器件選擇 在本設(shè)計(jì)中溫度測(cè)量范圍為0125 ，精度為0.5，因此只需 要液晶就可以完成相關(guān)的顯示功能，報(bào)警器可以用有源蜂鳴器配合三極管 來(lái)代替。 22 五、硬件設(shè)計(jì)電路 溫度

37、計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖如圖5.1所示,控制器使用單片機(jī)AT89C2051,溫度 計(jì)傳感器使用DS18B20,用液晶實(shí)現(xiàn)溫度顯示。 本溫度計(jì)大體分三個(gè)工作過(guò)程。首先，由DS18820溫度傳感器芯片測(cè)量 當(dāng)前的溫度，并將結(jié)果送入單片機(jī)。然后，通過(guò)89C205I單片機(jī)芯片對(duì)送來(lái) 的測(cè)量溫度讀數(shù)進(jìn)行計(jì)算和轉(zhuǎn)換，井將此結(jié)果送入液晶顯示模塊。最后， SMC1602A芯片將送來(lái)的值顯示于顯示屏上。 由圖1可看到，本電路主要由 DSl8820溫度傳感器芯片、SMCl602A液晶顯示模塊芯片和89C2051單片機(jī)芯 片組成。其中，DSI8B20溫度傳感器芯片采用“一線制 ”與單片機(jī)相連，它獨(dú) 立地完成溫度測(cè)量以及將溫

38、度測(cè)量結(jié)果送到單片機(jī)的工作。 圖5.1 溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖 23 （一）、主控制器 單片機(jī)AT89C2051具有低電壓供電和小體積等特點(diǎn)，兩個(gè)端口剛好滿 足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很合適攜手特式產(chǎn)品的使用。主機(jī)控制DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：初始化、ROM操作指令、存儲(chǔ)器操作指 令。必須先啟動(dòng)DS18B20 開(kāi)始轉(zhuǎn)換，再讀出溫度轉(zhuǎn)換值。 （二）、顯示電路 顯示電路采用SMCI602A液晶顯示模塊芯片該芯片可顯示162個(gè)字符， 比以前的七段數(shù)碼管LED顯示器在顯示字符的數(shù)量上要多得多。另外，由 于SMCl602芯片編程比較簡(jiǎn)單，界面直觀，因此更加易于使用者操作和觀 測(cè)。SMCl6

39、02A芯片的接口信號(hào)說(shuō)明如表 1所列。 表1 SMCl602A芯片的接口信號(hào)說(shuō)明 （三）、 溫度檢測(cè)電路 DS18B20 最大的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，DS18B20 的數(shù)據(jù)I/O 均 由同一條線來(lái)完成。DS18B20 的電源供電方式有2 種: 外部供電方式和寄 生電源方式。工作于寄生電源方式時(shí), VDD 和GND 均接地, 他在需要遠(yuǎn)程 溫度探測(cè)和空間受限的場(chǎng)合特別有用, 原理是當(dāng)1 W ire 總線的信號(hào)線DQ 為高電平時(shí), 竊取信號(hào)能量給DS18B20 供電, 同時(shí)一部分能量給內(nèi)部電容 24 充電, 當(dāng)DQ為低電平時(shí)釋放能量為DS18B20 供電。但寄生電源方式需要強(qiáng) 上拉電路, 軟件

40、控制變得復(fù)雜(特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到 E2PROM 時(shí)) , 同時(shí)芯片的性能也有所降低。因此, 在條件允許的場(chǎng)合, 盡 量采用外供電方式。無(wú)論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5K 左右的上拉電。在這里采用前者方式供電。DS18B20與芯片連接電路如圖 5.2所示： 圖 5.2 DS18B20與單片機(jī)的連接 外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干 擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡(jiǎn)單，可以開(kāi)發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系 統(tǒng)。站長(zhǎng)推薦大家在開(kāi)發(fā)中使用外部電源供電方式，畢竟比寄生電源方式 只多接一根VCC 引線。在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮DS18B20寬電

41、源 電壓范圍的優(yōu)點(diǎn)，即使電源電壓VCC 降到3V 時(shí)，依然能夠保證溫度量精 度。 由于DS18B20 只有一根數(shù)據(jù)線，因此它和主機(jī)（單片機(jī)）通信是需要 串行通信，而AT89S51 有兩個(gè)串行端口，所以可以不用軟件來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)。 經(jīng)過(guò)單線接口訪問(wèn)DC18B20 必須遵循如下協(xié)議：初始化、ROM 操作命令、 存儲(chǔ)器操作命令和控制操作。要使傳感器工作，一切處理均嚴(yán)格按照時(shí)序。 25 主機(jī)發(fā)送（Tx）-復(fù)位脈沖（最短為 480s 的低電平信號(hào)）。接著主 機(jī)便釋放此線并進(jìn)入接收方式（Rx）。總線經(jīng)過(guò)4.7K 的上拉電阻被拉至高 電平狀態(tài)。在檢測(cè)到I/O 引腳上的上升沿之后，DS18B20 等待1560s,

42、 并且接著發(fā)送脈沖（60240s 的低電平信號(hào)）。然后以存在復(fù)位脈沖表 示DS18B20 已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送或接收，然后給出正確的ROM 命令和存儲(chǔ)操 作命令的數(shù)據(jù)。DS18B20 通過(guò)使用時(shí)間片來(lái)讀出和寫(xiě)入數(shù)據(jù)，時(shí)間片用于 處理數(shù)據(jù)位和進(jìn)行何種指定操作的命令。它有寫(xiě)時(shí)間片和讀時(shí)間片兩種： 寫(xiě)時(shí)間片：當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時(shí)，產(chǎn)生 寫(xiě)時(shí)間片。有兩種類型的寫(xiě)時(shí)間片：寫(xiě)1 時(shí)間片和寫(xiě)0 時(shí)間片。所 有時(shí)間片必須有60 微秒的持續(xù)期，在各寫(xiě)周期之間必須有最短為1 微秒的恢復(fù)時(shí)間. 讀時(shí)間片：從DS18B20 讀數(shù)據(jù)時(shí)，使用讀時(shí)間片。當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù) 線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時(shí)產(chǎn)生讀時(shí)間

43、片。數(shù)據(jù)線在邏輯低 電平必須保持至少1 微秒；來(lái)自DS18B20 的輸出數(shù)據(jù)在時(shí)間下降 沿之后的15 微秒內(nèi)有效。為了讀出從讀時(shí)間片開(kāi)始算起15微秒的 狀態(tài)，主機(jī)必須停止把引腳驅(qū)動(dòng)拉至低電平。在時(shí)間片結(jié)束時(shí)，I/O 引腳經(jīng)過(guò)外部的上_鱯_9L_%拉電阻拉回高電平，所有讀時(shí)間片 的最短持續(xù)期為60 微秒，包括兩個(gè)讀周期間至少1s 的恢復(fù)時(shí)間。 一旦主機(jī)檢測(cè)到DS18B20 的存在，它便可以發(fā)送一個(gè)器件ROM 操作 命令。所有ROM 操作命令均為8位長(zhǎng)。 所有的串行通訊，讀寫(xiě)每一個(gè)bit 位數(shù)據(jù)都必須嚴(yán)格遵守器件的時(shí)序邏 輯來(lái)編程，同時(shí)還必須遵守總線命令序列，對(duì)單總線的DS18B20 芯片來(lái)說(shuō)，

44、訪問(wèn)每個(gè)器件都要遵守下列命令序列：首先是初始化；其次執(zhí)行ROM 命令； 最后就是執(zhí)行功能命令(ROM 命令和功能命令后面以表格形式給出)。如果 出現(xiàn)序列混亂，則單總線器件不會(huì)響應(yīng)主機(jī)。當(dāng)然，搜索ROM命令和報(bào)警 搜索命令，在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后，要返回初始化。 基于單總線上的所有傳輸過(guò)程都是以初始化開(kāi)始的，初始化過(guò)程由主 機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總 線上有從機(jī)，且準(zhǔn)備就緒。 在主機(jī)檢測(cè)到應(yīng)答脈沖后，就可以發(fā)出ROM 命令。這些命令與各個(gè)從 機(jī)設(shè)備的唯一64 位ROM 代碼相關(guān)。在主機(jī)發(fā)出ROM命令，以訪問(wèn)某個(gè)指 定的DS18B20，接著就可以發(fā)出DS

45、18B20 支持的某個(gè)功能命令。這些命令 26 允許主機(jī)寫(xiě)入或讀出DS18B20便箋式RAM 、啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換。軟件實(shí)現(xiàn) DS18B20的工作嚴(yán)格遵守單總線協(xié)議： (1)主機(jī)首先發(fā)出一個(gè)復(fù)位脈沖，信號(hào)線上的DS18B20 器件被復(fù)位。 (2)接著主機(jī)發(fā)送ROM命令，程序開(kāi)始讀取單個(gè)在線的芯片ROM編碼并 保存在單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，把用到的DS18B20 的ROM 編碼離線 讀出，最后用一個(gè)二維數(shù)組保存ROM 編碼，數(shù)據(jù)保存在X25043 中。 (3)系統(tǒng)工作時(shí)，把讀取了編碼的DS18B20 掛在總線上。發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命 令，再總線復(fù)位。 (4)然后就可以從剛才的二維數(shù)組匹配在線的溫度傳感器，隨后發(fā)溫

46、度 讀取命令就可以獲得對(duì)應(yīng)的度值了。 在主機(jī)初始化過(guò)程，主機(jī)通過(guò)拉低單總線至少480us，來(lái)產(chǎn)生復(fù)位脈沖。 接著，主機(jī)釋放總線，并進(jìn)入接收模式。當(dāng)總線被釋放后，上拉電阻將單 總線拉高。在單總線器件檢測(cè)到上升沿后，延時(shí)1560us，接著通過(guò)拉低 總線60240us，以產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。 寫(xiě)時(shí)序均起始于主機(jī)拉低總線，產(chǎn)生寫(xiě)1 時(shí)序的方式：主機(jī)在拉低總 線后，接著必須在15us之內(nèi)釋放總線。產(chǎn)生寫(xiě)0 時(shí)序的方式：在主機(jī)拉低 總線后，只需在整個(gè)時(shí)序期間保持低電平即可(至少60us)。在寫(xiě)字節(jié)程序中 的寫(xiě)一個(gè)bit 位的時(shí)候，沒(méi)有按照通常的分別寫(xiě)0時(shí)序和寫(xiě)1 時(shí)序，而是把 兩者結(jié)合起來(lái)，當(dāng)主機(jī)拉低總線后在1

47、5us 之內(nèi)將要寫(xiě)的位 c 給DO：如果c 是高電平滿足15us 內(nèi)釋放總線的要求，如果c是低電平，則DOc這條語(yǔ)句 仍然是把總線拉在低電平，最后都通過(guò)延時(shí)58us 完成一個(gè)寫(xiě)時(shí)序( 寫(xiě)時(shí)序0 或?qū)憰r(shí)序1) 過(guò)程。 寫(xiě)時(shí)間時(shí)序：當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)從邏輯高電平拉到邏輯低電平的時(shí)候，寫(xiě) 時(shí)間隙開(kāi)始。有兩種寫(xiě)時(shí)間隙，寫(xiě)1 時(shí)間隙和寫(xiě)0 時(shí)間隙。所有寫(xiě)時(shí)間隙 必須最少持續(xù)60s，包括兩個(gè)寫(xiě)周期至少1s 的恢復(fù)時(shí)間。I/O線電平變 低后，DS18B20 在一個(gè)15 s 到60s 的窗口內(nèi)對(duì) I/O 線采樣。如果線上 事高電平，就是寫(xiě)1，如果是低電平，就是寫(xiě)0。主機(jī)要生成一個(gè)寫(xiě)時(shí)間隙， 必須把數(shù)據(jù)線拉到低電平然

48、后釋放，在寫(xiě)時(shí)間隙開(kāi)始后的15s 內(nèi)允許數(shù) 據(jù)線拉到高電平。主機(jī)要生成一個(gè)寫(xiě)0 時(shí)間隙，必須把數(shù)據(jù)線拉到低電平 并保存60s。 每個(gè)讀時(shí)隙都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線1us，在主機(jī)發(fā)起讀時(shí)序之后， 單總線器件才開(kāi)始在總線上發(fā)送0 或1。所有讀時(shí)序至少需要60us。 27 源程序: 假設(shè)要寫(xiě)1 B 的數(shù)據(jù), 且數(shù)據(jù)放在A 中。 SETB TEM PDN NOP NOP WRITEDS1820LOP: CLRTEM PD IN MOV R6, # 08H ; 延時(shí)15 Ls DJN ZR6, RRCA ; 將要寫(xiě)數(shù) 據(jù)存入C MOV TEM PD IN , C ; 將數(shù)據(jù)寫(xiě) 入總線 MOV R6,

49、# 14H ; 延時(shí)40 Ls DJN ZR6, SETB TEM PD IN ; 釋放總線 DJN ZR7,WR ITEDS1820LO P ; 寫(xiě)8 位 RET 讀時(shí)間時(shí)序：當(dāng)從DS18B20 讀數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)生成讀時(shí)間隙。當(dāng)主機(jī)把 數(shù)據(jù)從高電平拉到低電平時(shí)，寫(xiě)時(shí)間隙開(kāi)始，數(shù)據(jù)線必須保持至少1s； 從DS18B20輸出的數(shù)據(jù)在讀時(shí)間隙的下降沿出現(xiàn)后15s 內(nèi)有效。 因此，主機(jī)在讀時(shí)間隙開(kāi)始后必須把I/O 腳驅(qū)動(dòng)拉為的電平保持 15s，以讀取I/O 腳狀態(tài)。在讀時(shí)間隙的結(jié)尾，I/O 引腳將被外部上拉電 阻拉到高電平。所有讀時(shí)間隙必須最少60s，包括兩個(gè)讀周期至少 1s 的 恢復(fù)時(shí)間。 源程序:

50、 假設(shè)要讀1B 的數(shù)據(jù), 且數(shù)據(jù)放在A 中。 READDS1820:MOV R7, # 08H ; 1 個(gè)字節(jié)8 位 SETB TEM PD IN NO P NO P READDS1820LOO P: CLRTEM PD IN NO P SETBTEM PD IN ; 釋放總線 MOV R6, # 05H ; 延時(shí)10 Ls DJN ZR6, MOV C, TEM PD N ; 采樣總線 28 數(shù)據(jù) MOV R6, # 14H ; 延時(shí)40 Ls DJN ZR6, RRCA ; 采樣數(shù)據(jù) 存入A SETB TEM PD IN ; 釋放總線 DJN ZR7, READDS1820LOO P ;

51、采樣下一 位 MOV R6, # 14H ; 延時(shí)40 Ls DJN ZR6, RET 讀/寫(xiě)時(shí)序如圖 5.3如下： 29 圖 5.3 DS18B20的讀寫(xiě)時(shí)序圖 復(fù)位時(shí)序：復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放， DS18B20收到信號(hào)后等待 1660 微秒左右，后發(fā)出60240 微秒的存在低 脈沖，主CPU 收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。 源程序: 其中TEM PD IN 定義為DS18B20 的數(shù)據(jù)管腳, 主機(jī)為A T89C2051。 N ITDS1820: SETBTEM PD N NO P NO P CLR TEM PD N MOV R6, # 0A 0H ; 延時(shí)640 Ls

52、DJN ZR6, MOV R6, # 0A 0H DJN ZR6, SETB TEM PD N ; 釋放總線 MOV R6, # 32H ; 延時(shí) 100 Ls, 等待回應(yīng) DJN ZR6, MOV R6, # 3CH LOO P1820: MOV C, TEM PD N ; 采樣總線信 號(hào) JCN ITDS1820OU T DJN ZR6,LOO P1820 MOV R6, # 064H DJN ZR6, 30 SJM PN ITDS1820 RET IN ITDS1820OU T: SETBTEM PD N RET 復(fù)位時(shí)序如圖 5.3所示： （四）、溫度報(bào)警電路 本設(shè)計(jì)采軟件處理報(bào)警，利

53、用有源蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警輸出，采用直流供電。 當(dāng)所測(cè)溫度超過(guò)獲低于所預(yù)設(shè)的溫度時(shí)，數(shù)據(jù)口相應(yīng)拉高電平，報(bào)警輸出。 （也可采用發(fā)光二級(jí)管報(bào)警電路，如過(guò)需要報(bào)警，則只需將相應(yīng)位置1，當(dāng) 參數(shù)判斷完畢后，再看報(bào)警模型單元ALARM 的內(nèi)容是否與預(yù)設(shè)一樣，如不 一樣，則發(fā)光報(bào)警）報(bào)警電路硬件連接見(jiàn)圖 5.10。 31 圖 5.10蜂鳴器電路連接圖 六、 軟件設(shè)計(jì) （一）、 概述 整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后， 軟件的功能也就基本定下來(lái)了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān) 控軟件（主程序），它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，專門(mén)用來(lái)協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊 和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件（子程

54、序），它是用來(lái)完成各種實(shí)質(zhì)性的 功能如測(cè)量、計(jì)算、顯示、通訊等。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能 執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定 義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。首先要根 據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實(shí)時(shí)性的要 求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。 （二）、主程序模塊 主程序需要調(diào)用4 個(gè)子程序，分別為數(shù)碼管顯示程序，溫度測(cè)試及處 理子程序，報(bào)警子程序，中斷設(shè)定子程序。各模塊程序功能如下： 數(shù)碼管顯示程序：向數(shù)碼的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。 溫度測(cè)試及處理程序：對(duì)溫度芯片送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，

55、進(jìn)行判 斷和顯示。 報(bào)警子程序：進(jìn)行溫度上下限判斷及報(bào)警輸出。 中斷設(shè)定程序：實(shí)現(xiàn)設(shè)定上下限報(bào)警功能。 主程序流程見(jiàn)圖6.1： 32 圖 6.1 DS18B20初始化流程圖 圖 6.2主程序流程 圖 （三）、各模塊流程設(shè)計(jì) 下面對(duì)主要子程序的流程圖做介紹 1、 溫度檢測(cè)流程 DS18B20在單片機(jī)控制下分三個(gè)階段: 33 18B20 初始化：初始化流程圖見(jiàn) 讀18B20時(shí)序：讀DS18B20流程見(jiàn)圖 6.3： 寫(xiě)18B20時(shí)序：寫(xiě)18B20 流程見(jiàn)圖6.4 圖 6.3讀DS18B20流程圖 圖 6.4寫(xiě)DS18B20流 程圖 2、報(bào)警模塊流程 流程見(jiàn)圖6.5 34 圖 6.5 報(bào)警模塊子程序流

56、程圖 3、 中斷設(shè)定流程 中斷模塊采用了外中斷和內(nèi)中斷套用方法。當(dāng)設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)上下限報(bào) 警時(shí)，利用 INT0口進(jìn)行中斷，set 鍵進(jìn)行上下限報(bào)警溫度設(shè)定，進(jìn)入溫度 35 設(shè)定狀態(tài)后（按一下溫度設(shè)定鍵），首先會(huì)提示顯示“UP”字母，表示要 用戶設(shè)定高溫報(bào)警溫度，按S3 鍵 ，表示本位數(shù)字+1，按S4 表示移向下一 位，如果4 位高溫設(shè)定完畢，則顯示“DO”，表示要用戶設(shè)定低溫報(bào)警溫 度。4位低溫設(shè)定完畢，如果用戶設(shè)置的高溫比設(shè)定的低溫高的話則顯示 “ERRO”表示錯(cuò)誤提示，同時(shí)會(huì)有蜂鳴器及時(shí)報(bào)警提示，然后自動(dòng)顯示 “UP”，讓用戶重新進(jìn)行溫度設(shè)定。中斷設(shè)定子程序流程圖見(jiàn)下圖 圖6.6 中斷設(shè)定子

57、程序流程圖 36 七、自我評(píng)價(jià) 本設(shè)計(jì)利用89S51 芯片控制溫度傳感器DS18B20，再輔之以部分外圍電 路實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的測(cè)控，性能穩(wěn)定，精度教高，而且擴(kuò)展性能很強(qiáng)大。 由于DS18B20 支持單總線協(xié)議，我們可以將多個(gè)DS18B20 可以并聯(lián)到3 根 或2 根線上，CPU 只需一根端口線就能與諸多DS18B20 通信，占用較少的 微處理器的端口就可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)?？梢约尤?302 時(shí)鐘芯片實(shí) 現(xiàn)對(duì)時(shí)間進(jìn)行顯示，加之AT24C16 存儲(chǔ)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間和溫度數(shù)據(jù)的記 錄，利用MAX232芯片和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)串口通訊，這樣就可以方便的統(tǒng)計(jì)出特 定時(shí)間內(nèi)的需要的時(shí)間和溫度數(shù)據(jù)。由于DS18

58、B20的測(cè)量精度只有0.5 度， 往往很多場(chǎng)合需要更加精確的溫度，在所測(cè)溫度精度不變的基礎(chǔ)上必須對(duì) 數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。由于DS18B20 是基于帶隙結(jié)構(gòu)的數(shù)字式溫度傳感器，PN 結(jié) 增量電壓正比于IC 絕對(duì)溫度（PTAT），它的測(cè)溫精度較高,但存在著一定 的誤差.不過(guò),其誤差在時(shí)間和外部環(huán)境變化的條件下,保持相當(dāng)高的穩(wěn)定性。 針對(duì)這一特性,基于線性插補(bǔ)的數(shù)學(xué)思想,利用DSP技術(shù),對(duì)其進(jìn)行誤差校正 補(bǔ)償.這種誤差校正的補(bǔ)償方法,不需增加硬件電路,計(jì)算方法簡(jiǎn)單,軟件費(fèi) 用也很小,既提高了測(cè)量精度,又不需增加成本。它充分利用監(jiān)控計(jì)算機(jī)的 處理能力，在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上用線性插補(bǔ)的數(shù)學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行誤差校正補(bǔ)償，

59、 能輕易地將其提高其精度。 經(jīng)過(guò)將近一周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，終于完成了我的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)， 雖然沒(méi)有完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但從心底里說(shuō)，還是高興的， 從這次的課程設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識(shí)到，在以 后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí) 用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng) 常的寫(xiě)與讀的過(guò)程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè) 計(jì)中的最大收獲。 37 八、致謝 在本畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)和制作過(guò)程中，感謝老師給了我很大的幫助，同時(shí)也 離不開(kāi)很多的同學(xué)熱心幫助，是他們?cè)谖矣龅诫y題的時(shí)候給了我啟發(fā)。通過(guò)本 次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我在專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能和解決問(wèn)題方法方面得到很大的提高。 更深入了解并掌握了傳感器的基本理論知識(shí)，并在單片機(jī)實(shí)際電路開(kāi)發(fā)和常用 編程設(shè)計(jì)思路掌握方面有了一定程度的掌握，盡管本次設(shè)計(jì)還不是很完善，但 這為我以后的設(shè)計(jì)之路積累了寶貴 38 指導(dǎo)老師評(píng)語(yǔ) 課程設(shè)計(jì)成績(jī) 指導(dǎo)老師簽字 2010 年 月 日