單片機課程設計報告數(shù)字溫度計

1、單片機課程設計報告數(shù)字溫度計專業(yè)班級 姓名 時 間 周 周指導教師 年 月 日1 設計要求基本范圍-50-110精度誤差小于0.5led數(shù)碼直讀顯示2 擴展功能實現(xiàn)語音報數(shù)可以任意設定溫度的上下限報警功能數(shù)字溫度計 摘要：隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個領域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù),本文將介紹一種基于單片機控制的數(shù)字溫度計，本溫度計屬于多功能溫度計，可以設置上下報警溫度，當溫度不在設置范圍內(nèi)時，可以報警。 關(guān)鍵詞：單片機，數(shù)字控制，溫度計， ds18b20，stc89c511 引言隨著人們生活水平的不斷提高,單片機控制無疑是人們追求的目標之一，它所給人帶

2、來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設施就需要從數(shù)單片機技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。本設計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用，該設計控制器使用單片機stc89c51，測溫傳感器使用ds18b20，用3位共陽極led數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù),實現(xiàn)溫度顯示,能準確達到以上要求。2 總體設計方案2.1數(shù)字溫度計設計方案論證2.1.1方案一由于本設計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的

3、器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行a/d轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設計需要用到a/d轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。2.1.2 方案二 進而考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器ds18b20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設計要求。從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設計也比較簡單，故采用了方案二。2.2方案二的總體設計框圖溫度計電路設計總體設計方框圖如圖1所示，控制器采用單片機at89s

4、51，溫度傳感器采用ds18b20，用3位led數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)溫度顯示。主 控 制 器led顯 示溫 度 傳 感 器單片機復位時鐘振蕩報警點按鍵調(diào)整 圖1總體設計方框圖2.2.1 主控制器單片機at89s51具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。2.2.2 顯示電路顯示電路采用3位共陽led數(shù)碼管，從p3口rxd,txd串口輸出段碼。2.2.3溫度傳感器ds18b20溫度傳感器是美國dallas半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，

5、并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)位的數(shù)字值讀數(shù)方式。ds18b20的性能特點如下：獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；多個ds18b20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；無須外部器件；可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5；零待機功耗；溫度以或位數(shù)字；用戶可定義報警設置；報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； ds18b20采用腳pr35封裝或腳soic封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。c64 位rom和單線接口高速緩存存儲器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發(fā)器th低溫觸發(fā)器tl配置寄存器8

6、位crc發(fā)生器vdd i/o圖2 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)64位rom的結(jié)構(gòu)開始位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后位是前面56位的crc檢驗碼，這也是多個ds18b20可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器和，可通過軟件寫入戶報警上下限。ds18b20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存和一個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)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖3所示。頭個字節(jié)包含測得的溫度信息，第和第字節(jié)和的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。ds18b20工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為

7、相應精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖3所示。低位一直為，是工作模式位，用于設置ds18b20在工作模式還是在測試模式，ds18b20出廠時該位被設置為，用戶要去改動，r1和0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設置分辨率。溫度 lsb溫度 msbth用戶字節(jié)1tl用戶字節(jié)2配置寄存器保留保留保留crc圖3 ds18b20字節(jié)定義由表1可見，ds18b20溫度轉(zhuǎn)換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。因此，在實際應用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。高速暫存的第、字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯。第字節(jié)讀出前面所有字節(jié)的crc碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當ds18b20

8、接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第、字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625lsb形式表示。當符號位時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當符號位時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。表2是一部分溫度值對應的二進制溫度數(shù)據(jù)。表1 ds18b20溫度轉(zhuǎn)換時間表 ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與ram中的th、t字節(jié)內(nèi)容作比較。若th或ttl，則將該器件內(nèi)的報警標志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響

9、應。因此，可用多只ds18b20同時測量溫度并進行報警搜索。在64位rom的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（crc）。主機rom的前56位來計算crc值，并和存入ds18b20的crc值作比較，以判斷主機收到的rom數(shù)據(jù)是否正確。ds18b20的測溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數(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送給減法計數(shù)器；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，ds18b20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次

10、測量前，首先將55所對應的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器、溫度寄存器中，計數(shù)器和溫度寄存器被預置在55所對應的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器的預置值減到時，溫度寄存器的值將加，減法計數(shù)器的預置將重新被裝入，減法計數(shù)器重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計數(shù)到時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。表2一部分溫度對應值表溫度/二進制表示十六進制表示+1250000 0111 1101 00000

11、7d0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00000191h+10.1250000 0000 1010 000100a2h+0.50000 0000 0000 00100008h00000 0000 0000 10000000h-0.51111 1111 1111 0000fff8h-10.1251111 1111 0101 1110ff5eh-25.06251111 1110 0110 1111fe6fh-551111 1100 1001 0000fc90h另外，由于ds18b20單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，

12、因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對ds18b20的各種操作按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初使化ds18b20（發(fā)復位脈沖）發(fā)rom功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。圖4 ds18b20與單片機的接口電路2.3 ds18b20溫度傳感器與單片機的接口電路ds18b20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時ds18b20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖4 所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的ds18b20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個mosfet管來完成對總線的上拉。當ds18b20處于寫存儲器操作和溫度a/d轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時

13、間最大為10us。采用寄生電源供電方式時vdd端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。2.4 系統(tǒng)整體硬件電路2.4.1 主板電路系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報警調(diào)整電路，單片機主板電路等，如圖5 所示。圖5中有三個獨立式按鍵可以分別調(diào)整溫度計的上下限報警設置，圖中蜂鳴器可以在被測溫度不在上下限范圍內(nèi)時，發(fā)出報警鳴叫聲音，同時led數(shù)碼管將沒有被測溫度值顯示，這時可以調(diào)整報警上下限，從而測出被測的溫度值。圖5 中的按健復位電路是上電復位加手動復位，使用比較方便，在程序跑飛時，可以手動復位，這樣就不用在重起單片機電源，就可以實現(xiàn)復位。2.4.2

14、顯示電路顯示電路是使用的串口顯示，這種顯示最大的優(yōu)點就是使用口資源比較少，只用p3口的rxd,和txd,串口的發(fā)送和接收，四只數(shù)碼管采用74ls164右移寄存器驅(qū)動，顯示比較清晰。 圖5 單片機主板電路圖6 溫度顯示電路3系統(tǒng)軟件算法分析系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。3.1主程序主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理ds18b20的測量的當前溫度值，溫度測量每1s進行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度，其程序流程見圖7所示。y發(fā)ds18b20復位命令發(fā)跳過rom命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，crc校驗9字節(jié)完？c

15、rc校驗正？確？移入溫度暫存器結(jié)束nny初始化調(diào)用顯示子程序1s到？初次上電讀出溫度值溫度計算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令nyny圖7 主程序流程圖圖8讀溫度流程圖 3.2讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出ram中的9字節(jié)，在讀出時需進行crc校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖8示發(fā)ds18b20復位命令發(fā)跳過rom命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 結(jié)束圖9 溫度轉(zhuǎn)換流程圖3.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當采用12位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為750ms，在本程序設計中采用1s顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如上圖，圖

16、9所示3.4 計算溫度子程序計算溫度子程序?qū)am中讀取值進行bcd碼的轉(zhuǎn)換運算，并進行溫度值正負的判定，其程序流程圖如圖10所示。 開始溫度零下?溫度值取補碼置“”標志計算小數(shù)位溫度bcd值 計算整數(shù)位溫度bcd值 結(jié)束置“+”標志ny溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器十位數(shù)0？百位數(shù)0？十位數(shù)顯示符號百位數(shù)不顯示百位數(shù)顯示數(shù)據(jù)（不顯示符號） 結(jié)束nnyy 圖10計算溫度流程圖 圖11顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖3.5 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進行刷新操作，當最高顯示位為0時將符號顯示位移入下一位。程序流程圖如圖11。4總結(jié)與體會 經(jīng)過將近三周的單片機課程設計，終于完成了

17、我的數(shù)字溫度計的設計，雖然沒有完全達到設計要求，但從心底里說，還是高興的，畢竟這次設計把實物都做了出來，高興之余不得不深思呀！在本次設計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前還做過這樣的設計但這次設計真的讓我長進了很多，單片機課程設計重點就在于軟件算法的設計，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個程序并不是一件簡單的事，舉個例子，以前寫的那幾次，數(shù)據(jù)加減時，我用的都是bcd碼，這一次，我全部用的都是16進制的數(shù)直接加減，顯示處理時在用除法去刪分,感覺效果比較好，有好多的東西，只有我們?nèi)ピ囍隽?，才能真正的掌握，只學習理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。從這次的課程設計

18、中，我真真正正的意識到，在以后的學習中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學的理論知識用到實際當中，學習單機片機更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設計中的最大收獲。參考文獻1李朝青.單片機原理及接口技術(shù)（簡明修訂版）.杭州：北京航空航天大學出版社，19982李廣弟.單片機基礎.北京：北京航空航天大學出版社，19943閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎（第三版）. 北京：高等教育出版社，19894廖常初.現(xiàn)場總線概述j.電工技術(shù)，1999.基于proteus的單總線溫度監(jiān)測網(wǎng)絡的設計與仿真實現(xiàn)發(fā)布者：韓曉春發(fā)布時間：2007-12-4 10:47:00 內(nèi)容摘要以單總線技術(shù)為基礎，

19、采用12片單總線數(shù)字化溫度傳感器ds18b20、液晶顯示模塊lcd1602和at89c51單片機設計了小型單總線溫度監(jiān)測網(wǎng)絡。應用專門用于單片機開發(fā)的eda工具軟件proteus進行系統(tǒng)硬件電路設計，單片機開發(fā)軟件keiluvision3進行軟件調(diào)試，完成單總線溫度監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)設計并實現(xiàn)動態(tài)實時仿真。介紹了支持單片機的優(yōu)秀eda工具軟件proteus的特點、使用方法，具體闡述其在單片機系統(tǒng)硬、軟件開發(fā)過程中的能有效提高工作效率、顯著減少開發(fā)周期和降低開發(fā)成本等諸多優(yōu)點。正文文字大小：大 中 小 隨著單片機性能不斷提高而價格卻不斷下降，單片機控制在越來越多的領域得以應用。單片機系統(tǒng)設計包括硬件電

20、路設計和軟件編程設計兩個方面，其調(diào)試過程一般分為硬件測試、軟件調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)試 3 個過程。傳統(tǒng)的模式的硬件電路測試和系統(tǒng)調(diào)試既復雜又低效率，因為要進行這兩個過程必須在設計原理圖，繪制電路板設計制作完成、元器件焊接完畢，然后通過仿真器將調(diào)試成功的程序固化到單片機中之后進行，在軟硬件的配合中如需要修改，還要重新制板或重新調(diào)試程序并固化，在時間和資金投入上帶來很大的麻煩。英國labcenter electronics公司推出的proteus是專門用于單片機開發(fā)的eda工具軟件。proteus除了具有和其它eda工具一樣的原理編輯、印制電路板（pcb）自動或人工布線及電路仿真的功能外，最大特色是其電路

21、仿真是交互的、可視化的、支持單片機微處理器的。在不需要硬件設備投入的情況下，proteus軟件可以建立完備的電子學習設計開發(fā)環(huán)境，能夠有效縮短研發(fā)周期，顯著降低開發(fā)成本。本文運用proteus軟件設計溫度監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)，并通過實時動態(tài)仿真的實現(xiàn)驗證本設計的軟硬件開發(fā)系統(tǒng)。本文以組網(wǎng)測溫系統(tǒng)的開發(fā)過程為例， 簡單介紹了proteus在單片機的軟件開發(fā)與仿真中的應用，proteus軟件資源豐富、功能強大， 集調(diào)試、仿真、制板于一體，提供了一種虛擬直觀的軟硬件設計仿真環(huán)境，有利于節(jié)省系統(tǒng)設計時間和設計成本，極大地提高了工作效率，對于單片機實踐教學、單片機應用系統(tǒng)開發(fā)、電子電路的開發(fā)和科研工作的開展等都

22、有較大的實用價值。fpga與ds18b20型溫度傳感器通信的實現(xiàn)時間：2009-08-12 作者： 來源： 人氣： 打印本文摘要：介紹利用actel公司的apa150型現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)實現(xiàn)對ds18b20型溫度傳感器的通信控制，使cpu可以方便地從fpga中讀取溫度測量結(jié)果和ds18b20的48位id值。1引言27n電子資料網(wǎng) ds18b20是dallas公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，采用3引腳to-92型小體積封裝；溫度測量范圍為-55+125，可編程為9位12位a/d轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.0625，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出。27n電子資料網(wǎng) 一線式(

23、1-wire)串行總線是利用1條信號線就可以與總線上若干器件進行通信。具體應用中可以利用微處理器的i/o端口對ds18b20直接進行通信，也可以通過現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)等可編程邏輯器件(pld)實現(xiàn)對1-wire器件的通信。27n電子資料網(wǎng) 本文介紹利用actel公司的proasicplus系列fpga實現(xiàn)與ds18b20的通信功能。fpga可以將讀出ds18b20的48位id號和12位溫度測量結(jié)果保存在內(nèi)部寄存器中，微處理器可以隨時快速地從fpga寄存器中讀取這些信息。27n電子資料網(wǎng) 一般在使用ds18b20時往往采用微處理器的i/o端口實現(xiàn)與該器件的通信，這種方法雖然比較容易和方

24、便，但是，因為ds18b20的一線式串行總線對時序要求比較嚴格，因此，為了保證與ds18b20的通信可靠性，微處理器與ds18b20通信時需要采用關(guān)閉中斷的辦法，以防止操作時序被中斷服務破壞。27n電子資料網(wǎng) 利用fpga實現(xiàn)與ds18b20通信不存在被迫關(guān)閉中斷的情況，可以滿足對實時性要求嚴格的應用要求。27n電子資料網(wǎng)2 proasicplus系列fpga簡介27n電子資料網(wǎng) proasicplus系列fpga是actel公司推出的基于flash開關(guān)編程技術(shù)的現(xiàn)場可編程門陣列，包括從75萬門的apa075型到100萬門的apal000型，具有高密度、低功耗、非易失、含有嵌入式ram及可重復

25、編程等特點。27n電子資料網(wǎng) 因為proasicplus系列fpga基于flash技術(shù)，利用flash開關(guān)保存內(nèi)部邏輯，因此不需要另外的器件。由于不需要上電配置過程，因此具備上電就立即工作的特點。不用配置器件，系統(tǒng)的保密性提高。27n電子資料網(wǎng) 筆者在電力監(jiān)控的產(chǎn)品中利用apa150型fpga實現(xiàn)了邏輯控制、a/d采樣控制和fifo存儲等功能，并利用剩余的資源實現(xiàn)了ds18b20的通信功能。apa150在整個系統(tǒng)中充當協(xié)處理器，使主cpu從繁重的實時處理中解脫出來。27n電子資料網(wǎng)3 ds18b20簡介27n電子資料網(wǎng)31內(nèi)部結(jié)構(gòu)27n電子資料網(wǎng) ds18b20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由以下

26、幾部分組成：64位rom、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器th(溫度高)和tl(溫度低)、配置寄存器、暫存寄存器(scratchpad)、存儲器控制邏輯。dq為數(shù)字信號輸入/輸出端。27n電子資料網(wǎng)27n電子資料網(wǎng) rom中的64(8位產(chǎn)品家族編號、48位id號、8位crc)位序列號是出廠前刻好的，這64位序列號具有惟一性，每個ds18b20的64位序列號均不相同。27n電子資料網(wǎng) 8位crc生成器可以完成通信時的校驗。27n電子資料網(wǎng) 暫存寄存器有9個字節(jié)，包含溫度測量結(jié)果、溫度報警寄存器、crc校驗碼等內(nèi)容。27n電子資料網(wǎng)27n電子資料網(wǎng)3.2操作步驟27n電子資料網(wǎng) 對ds18b20

27、的操作分為3個步驟：初始化、rom命令和ds18b20功能命令。27n電子資料網(wǎng)3.2.1初始化27n電子資料網(wǎng) fpga要與ds18b20通信，首先必須完成初始化。fpga產(chǎn)生復位信號，ds18b20返回響應脈沖。27n電子資料網(wǎng)3.2.2rom命令27n電子資料網(wǎng) 該步驟完成fpga與總線上的某一具體ds18b20建立聯(lián)系。rom命令有搜尋rom(search rom)、讀rom(read rom)、匹配rom(match rom)、忽略rom(skip rom)、報警查找等命令(alarm search)。27n電子資料網(wǎng) 這里，fpga只連接1個ds18b20，因此只使用讀rom命令，

28、來讀取ds18b20的48位id號。27n電子資料網(wǎng)3.2.3 ds18b20功能命令27n電子資料網(wǎng) fpga在該步驟中完成溫度轉(zhuǎn)換(convertt)、寫暫存寄存器(write scratchpad)、讀暫存寄存器(read scratchpad)、拷貝暫存寄存器(copyscratchpad)、裝載暫存器寄存器(recall e2)、讀供電模式命令(read power supply)。27n電子資料網(wǎng) 文中不用溫度報警功能，因此在本步驟中只需完成溫度轉(zhuǎn)換，然后通過讀暫存寄存器命令完成溫度轉(zhuǎn)化的結(jié)果。27n電子資料網(wǎng)3.3操作時序27n電子資料網(wǎng) ds18b20的一線式操作時序如圖2所示

29、。從時序圖中可以看出，對ds18b20的操作時序要求比較嚴格。利用fpga可以實現(xiàn)這些操作時序。27n電子資料網(wǎng)27n電子資料網(wǎng)4 fpga與ds18b20的通信27n電子資料網(wǎng)4.1 ds18b20的操作模塊27n電子資料網(wǎng) fpga需要完成ds18b20的初始化、讀取ds18b20的48位id號、啟動ds18b20溫度轉(zhuǎn)換、讀取溫度轉(zhuǎn)化結(jié)果。讀取48位id號和讀取溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果過程中，fpga還要實現(xiàn)crc校驗碼的計算，保證通信數(shù)據(jù)的可靠性。27n電子資料網(wǎng) 以上操作反復進行，可以用狀態(tài)機來實現(xiàn)。狀態(tài)機的各種狀態(tài)如下：27n電子資料網(wǎng) reset1：對ds18b20進行第一次復位，然后進入d

30、elay狀態(tài)，等待800s后，進入cmd33狀態(tài)。27n電子資料網(wǎng) cmd33：對ds18b20發(fā)出033命令，讀取48位id值。27n電子資料網(wǎng) get_id：從ds18b20中讀取48位id值。27n電子資料網(wǎng) reset2：對ds18b20進行第二次復位，然后進入delay狀態(tài)等待800s后，進入cmdcc狀態(tài)。27n電子資料網(wǎng) cmdcc：向ds18b20發(fā)出忽略rom命令，為進入下一狀態(tài)作準備。27n電子資料網(wǎng) cmd44：向ds18b20發(fā)出啟動溫度轉(zhuǎn)換命令，然后進入delay狀態(tài)等待900ms后進入下一狀態(tài)。27n電子資料網(wǎng) reset3：對ds18b20進行第三次復位。27n電

31、子資料網(wǎng) cmdcc2：向ds18b20發(fā)出忽略rom命令，為了進入下一狀態(tài)作準備。27n電子資料網(wǎng) get_temp：從ds18b20中讀取溫度測量數(shù)值。27n電子資料網(wǎng) delay：等待狀態(tài)。27n電子資料網(wǎng) write_bit：向ds18b20中寫入數(shù)據(jù)位狀態(tài)。27n電子資料網(wǎng) read_bit：從ds18b20中讀取數(shù)據(jù)位狀態(tài)。在該狀態(tài)中每讀取1位數(shù)據(jù)，同時完成該數(shù)據(jù)位的crc校驗計算。所有數(shù)據(jù)都讀取后，還要讀取8位crc校驗位。這8位校驗位也經(jīng)過crc校驗計算，如果通信沒有錯誤，總的crc校驗結(jié)果應該是0。這時可將通信正確的數(shù)據(jù)保存到id和temp_data寄存器中。27n電子資料網(wǎng)

32、 設計中采用verilog語言建立ds18b20操作模塊”ds18b20_proc”。在該模塊中實現(xiàn)以上的狀態(tài)機功能。該模塊的定義為module ds18b20 proc(sysclk，reset，dq_pim，id，temp_data，dq_ctl)。27n電子資料網(wǎng)27n電子資料網(wǎng) 從仿真波形可以看出，系統(tǒng)上電后的10ms左右，fpga可以讀出ds18b20的48位id值，這樣，主cpu在系統(tǒng)復位后很短的時間內(nèi)就可以讀取id值，進行相應的處理。27n電子資料網(wǎng)4.2 fpga與cpu的接口27n電子資料網(wǎng) 在fpga中，要實現(xiàn)對ds18b20的通信處理，主模塊要實現(xiàn)對ds18b20_pro

33、c模塊的調(diào)用及建立與cpu之間的接口。27n電子資料網(wǎng) 與cpu之間的接口通過建立若干寄存器實現(xiàn)。溫度測量值和48位id可以用4個16位寄存器保存。cpu通過讀取這些寄存器可以獲得溫度測量數(shù)值和48位id值。27n電子資料網(wǎng) cpu、fpga及ds18b20的連接原理如圖4所示。27n電子資料網(wǎng)27n電子資料網(wǎng)5 結(jié)束語27n電子資料網(wǎng) 在系統(tǒng)中，fpga可以分擔許多主處理器的工作，提高整體實時性，降低cpu處理的嚴格實時約束，從而降低cpu軟件處理的難度。同時，由于actel公司的proasicplus系列fpga的保密特性，可以增強產(chǎn)品知識產(chǎn)權(quán)的保護。27n電子資料網(wǎng) 本設計應用在電力監(jiān)控

34、產(chǎn)品中。測量出的裝置內(nèi)部溫度用于電量測量精度補償和報警，對保證產(chǎn)品測量精度和可靠運行具有重要意義。48位id值用于產(chǎn)品的惟一編碼標識和以太網(wǎng)mac地址，便于產(chǎn)品生產(chǎn)、維護和管理。27n電子資料網(wǎng)用protues打開ts-18b20 數(shù)字溫度傳感器，該產(chǎn)品采用美國dallas公司生產(chǎn)的 ds18b20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域。編輯本段|回到頂部1: 技術(shù)性能描述 1.1 獨特的單線接口方式，ds18b20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與ds18b20的雙向通訊。1.2 測溫范圍 55

35、125，固有測溫分辨率0.5。1.31.4 工作電源: 35v/dc1.5 在使用中不需要任何外圍元件1.6 測量結(jié)果以912位數(shù)字量方式串行傳送1.7 不銹鋼保護管直徑 6 1.8 適用于dn1525, dn40dn250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設備測溫1.9 標準安裝螺紋 m10x1, m12x1.5, g1/2”任選1.10 pvc電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設備連接。編輯本段|回到頂部2：應用范圍 2.1 該產(chǎn)品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領域2.2 軸瓦，缸體，紡機，空調(diào)，等狹小空間工業(yè)設備測溫和控制。2.3 汽車空調(diào)、冰箱

36、、冷柜、以及中低溫干燥箱等。2.5 供熱/制冷管道熱量計量，中央空調(diào)分戶熱能計量和工業(yè)領域測溫和控制編輯本段|回到頂部3：產(chǎn)品型號與規(guī)格 型 號 測溫范圍 安裝螺紋 電纜長度 適用管道ts-18b20 -55125 無 1.5 m ts-18b20a -55125 m10x1 1.5m dn1525ts-18b20b -55125 1/2”g 接線盒 dn40 60編輯本段|回到頂部4：特點 獨特的一線接口，只需要一條口線通信 多點能力，簡化了分布式溫度傳感應用 無需外部元件 可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0 v至5.5 v 無需備用電源 測量溫度范圍為-55 c至+125 。華氏相當于是-

37、67 f到257華氏度 -10 c至+85 c范圍內(nèi)精度為0.5 c溫度傳感器可編程的分辨率為912位 溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字格式最大值為750毫秒 用戶可定義的非易失性溫度報警設置 應用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費電子產(chǎn)品溫度計，或任何熱敏感系統(tǒng)描述該ds18b20的數(shù)字溫度計提供9至12位（可編程設備溫度讀數(shù)。信息被發(fā)送到/從ds18b20 通過1線接口，所以中央微處理器與ds18b20只有一個一條口線連接。為讀寫以及溫度轉(zhuǎn)換可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量，不需要外接電源。 因為每一個ds18b20的包含一個獨特的序號，多個ds18b20s可以同時存在于一條總線。這使得溫度傳感器放置在許多不同

38、的地方。它的用途很多，包括空調(diào)環(huán)境控制，感測建筑物內(nèi)溫設備或機器，并進行過程監(jiān)測和控制。8引腳封裝 to-92封裝 用途 描述 5 1 接地 接地 4 2 數(shù)字 信號輸入輸出，一線輸出：源極開路 3 3 電源 可選電源管腳。見寄生功率一節(jié)細節(jié)方面。電源必須接地，為行動中，寄生蟲功率模式。不在本表中所有管腳不須接線 。概況框圖圖1顯示的主要組成部分ds18b20的。ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻rom、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器th和tl、配置寄存器。該裝置信號線高的時候，內(nèi)部電容器 儲存能量通由1線通信線路給片子供電，而且在低電平期間為片子供電直至下一個高電平的到來

39、重新充電。 ds18b20的電源也可以從外部3v-5 .5v的電壓得到。ds18b20采用一線通信接口。因為一線通信接口，必須在先完成rom設定，否則記憶和控制功能將無法使用。主要首先提供以下功能命令之一： 1 ）讀rom， 2 ）rom匹配， 3 ）搜索rom， 4 ）跳過rom， 5 ）報警檢查。這些指令操作作用在沒有一個器件的64位光刻rom序列號，可以在掛在一線上多個器件選定某一個器件，同時，總線也可以知道總線上掛有有多少，什么樣的設備。若指令成功地使ds18b20完成溫度測量，數(shù)據(jù)存儲在ds18b20的存儲器。一個控制功能指揮指示ds18b20的演出測溫。測量結(jié)果將被放置在ds18b

40、20內(nèi)存中，并可以讓閱讀發(fā)出記憶功能的指揮，閱讀內(nèi)容的片上存儲器。溫度報警觸發(fā)器th和tl都有一字節(jié)eeprom 的數(shù)據(jù)。如果ds18b20不使用報警檢查指令，這些寄存器可作為一般的用戶記憶用途。在片上還載有配置字節(jié)以理想的解決溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換。寫th,tl指令以及配置字節(jié)利用一個記憶功能的指令完成。通過緩存器讀寄存器。所有的數(shù)據(jù)都讀，寫都是從最低位開始。ds18b20有4個主要的數(shù)據(jù)部件： （1）光刻rom中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該ds18b20的地址序列碼。64位光刻rom的排列是：開始8位（28h）是產(chǎn)品類型標號，接著的48位是該ds18b20自身的序列號，最后8位是

41、前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（crc=x8+x5+x4+1）。光刻rom的作用是使每一個ds18b20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個ds18b20的目的。 （2） ds18b20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/lsb形式表達，其中s為符號位。ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻rom，溫度傳感器，溫度報警觸發(fā)器th和tl,配置寄存器。4.3.2存儲器ds18b20的存儲器包括高速暫存器ram和可電擦除ram，可電擦除ram又包括溫度觸發(fā)器th和tl，以及一個配置寄存器。存儲器能完整的確定一線

42、端口的通訊，數(shù)字開始用寫寄存器的命令寫進寄存器，接著也可以用讀寄存器的命令來確認這些數(shù)字。當確認以后就可以用復制寄存器的命令來將這些數(shù)字轉(zhuǎn)移到可電擦除ram中。當修改過寄存器中的數(shù)時，這個過程能確保數(shù)字的完整性。高速暫存器ram是由8個字節(jié)的存儲器組成；第一和第二個字節(jié)是溫度的顯示位。第三和第四個字節(jié)是復制th和tl，同時第三和第四個字節(jié)的數(shù)字可以更新；第五個字節(jié)是復制配置寄存器，同時第五個字節(jié)的數(shù)字可以更新；六、七、八三個字節(jié)是計算機自身使用。用讀寄存器的命令能讀出第九個字節(jié)，這個字節(jié)是對前面的八個字節(jié)進行校驗。4.3.3 64-位光刻rom64位光刻rom的前8位是ds18b20的自身代碼

43、，接下來的48位為連續(xù)的數(shù)字代碼，最后的8位是對前56位的crc校驗。64-位的光刻rom又包括5個rom的功能命令：讀rom，匹配rom，跳躍rom，查找rom和報警查找。4.3.4 ds18b20外部電源的連接方式ds18b20可以使用外部電源vdd，也可以使用內(nèi)部的寄生電源。當vdd端口接3.0v5.5v的電壓時是使用外部電源；當vdd端口接地時使用了內(nèi)部的寄生電源。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，i/o口線要接5k左右的上拉電阻。 4.3.4 ds18b20溫度處理過程4.3.4.1配置寄存器配置寄存器是配置不同的位數(shù)來確定溫度和數(shù)字的轉(zhuǎn)化。可以知道r1，r0是溫度的決定位，由r1，r

44、0的不同組合可以配置為9位，10位，11位，12位的溫度顯示。這樣就可以知道不同的溫度轉(zhuǎn)化位所對應的轉(zhuǎn)化時間，四種配置的分辨率分別為0.5，0.25，0.125和0.0625，出廠時以配置為12位。4.3.4.2 溫度的讀取ds18b20在出廠時以配置為12位，讀取溫度時共讀取16位，所以把后11位的2進制轉(zhuǎn)化為10進制后在乘以0.0625便為所測的溫度，還需要判斷正負。前5個數(shù)字為符號位，當前5位為1時，讀取的溫度為負數(shù)；當前5位為0時，讀取的溫度為正數(shù)。16位數(shù)字擺放是從低位到高位。4.3.4.3ds18b20控制方法ds18b20有六條控制命令，如表4.1所示： 表4.1 為ds18b2

45、0有六條控制命令指 令 約定代碼 操 作 說 明 溫度轉(zhuǎn)換 44h 啟動ds18b20進行溫度轉(zhuǎn)換 讀暫存器 beh 讀暫存器9個字節(jié)內(nèi)容 寫暫存器 4eh 將數(shù)據(jù)寫入暫存器的th、tl字節(jié) 復制暫存器 48h 把暫存器的th、tl字節(jié)寫到e2ram中 重新調(diào)e2ram b8h 把e2ram中的th、tl字節(jié)寫到暫存器th、tl字節(jié) 讀電源供電方式 b4h 啟動ds18b20發(fā)送電源供電方式的信號給主cpu 4.3.4.4 ds18b20的初始化。（1） 先將數(shù)據(jù)線置高電平“1”。（2） 延時（該時間要求的不是很嚴格，但是盡可能的短一點）（3） 數(shù)據(jù)線拉到低電平“0”。（4） 延時750微秒（

46、該時間的時間范圍可以從480到960微秒）。（5） 數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”。（6） 延時等待（如果初始化成功則在15到60毫秒時間之內(nèi)產(chǎn)生一個由ds18b20所返回的低電平“0”。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應注意不能無限的進行等待，不然會使程序進入死循環(huán)，所以要進行超時控制）。（7） 若cpu讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平“0”后，還要做延時，其延時的時間從發(fā)出的高電平算起（第（5）步的時間算起）最少要480微秒。（8） 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1”后結(jié)束。4.3.4.5 ds18b20的寫操作（1） 數(shù)據(jù)線先置低電平“0”。（2） 延時確定的時間為15微秒。（3） 按從低位到高位的順序發(fā)送字

47、節(jié)（一次只發(fā)送一位）。（4） 延時時間為45微秒。（5） 將數(shù)據(jù)線拉到高電平。（6） 重復上（1）到（6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。（7） 最后將數(shù)據(jù)線拉高。4.3.4.6 ds18b20的讀操作（1）將數(shù)據(jù)線拉高“1”。（2）延時2微秒。（3）將數(shù)據(jù)線拉低“0”。（4）延時15微秒。（5）將數(shù)據(jù)線拉高“1”。（6）延時15微秒。（7）讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個狀態(tài)位，并進行數(shù)據(jù)處理。（8）延時30微秒。最佳答案;這是關(guān)于ds18b20的讀寫程序,數(shù)據(jù)腳p2.2,晶振11.0592mhz;溫度傳感器18b20匯編程序,采用器件默認的12位轉(zhuǎn)化,最大轉(zhuǎn)化時間750微秒;可以將檢測到的溫度直

48、接顯示到at89c51的兩個數(shù)碼管上;顯示溫度00到99度,很準確無需校正!org 0000h;單片機內(nèi)存分配申明!temper_l equ 29h;用于保存讀出溫度的低8位temper_h equ 28h;用于保存讀出溫度的高8位flag1 equ 38h;是否檢測到ds18b20標志位a_bit equ 20h ;數(shù)碼管個位數(shù)存放內(nèi)存位置b_bit equ 21h ;數(shù)碼管十位數(shù)存放內(nèi)存位置main:lcall get_temper;調(diào)用讀溫度子程序;進行溫度顯示,這里我們考慮用網(wǎng)站提供的兩位數(shù)碼管來顯示溫度;顯示范圍00到99度,顯示精度為1度;因為12位轉(zhuǎn)化時每一位的精度為0.0625

49、度,我們不要求顯示小數(shù)所以可以拋棄29h的低4位;將28h中的低4位移入29h中的高4位,這樣獲得一個新字節(jié),這個字節(jié)就是實際測量獲得的溫度;這個轉(zhuǎn)化溫度的方法可是我想出來的哦非常簡潔無需乘于0.0625系數(shù)mov a,29hmov c,40h;將28h中的最低位移入crrc amov c,41hrrc amov c,42hrrc amov c,43hrrc amov 29h,alcall display;調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序cpl p1.0ajmp main; 這是ds18b20復位初始化子程序init_1820:setb p2.2nopclr p2.2;主機發(fā)出延時537微秒的復位低脈沖m

50、ov r1,#3tsr1:mov r0,#107djnz r0,$djnz r1,tsr1setb p2.2;然后拉高數(shù)據(jù)線nopnopnopmov r0,#25htsr2:jnb p2.2,tsr3;等待ds18b20回應djnz r0,tsr2ljmp tsr4 ; 延時tsr3:setb flag1 ; 置標志位,表示ds1820存在clr p1.7;檢查到ds18b20就點亮p1.7ledljmp tsr5tsr4:clr flag1 ; 清標志位,表示ds1820不存在clr p1.1ljmp tsr7tsr5:mov r0,#117tsr6:djnz r0,tsr6 ; 時序要求延

51、時一段時間tsr7:setb p2.2ret; 讀出轉(zhuǎn)換后的溫度值get_temper:setb p2.2lcall init_1820;先復位ds18b20jb flag1,tss2clr p1.2ret ; 判斷ds1820是否存在?若ds18b20不存在則返回tss2:clr p1.3;ds18b20已經(jīng)被檢測到!mov a,#0cch ; 跳過rom匹配lcall write_1820mov a,#44h ; 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令lcall write_1820;這里通過調(diào)用顯示子程序?qū)崿F(xiàn)延時一段時間,等待ad轉(zhuǎn)換結(jié)束,12位的話750微秒lcall displaylcall init_1

52、820;準備讀溫度前先復位mov a,#0cch ; 跳過rom匹配lcall write_1820mov a,#0beh ; 發(fā)出讀溫度命令lcall write_1820lcall read_18200; 將讀出的溫度數(shù)據(jù)保存到35h/36hclr p1.4ret;寫ds18b20的子程序(有具體的時序要求)write_1820:mov r2,#8;一共8位數(shù)據(jù)clr cwr1:clr p2.2mov r3,#5djnz r3,$rrc amov p2.2,cmov r3,#21djnz r3,$setb p2.2nopdjnz r2,wr1setb p2.2retread_18200: ; 讀ds18b20的程序,從ds18b20中讀出兩個字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)mov r4,#2 ; 將溫度高位和低位從ds18b20中讀出mov r1,#29h ; 低位存入29h(temper_l),高位存入28h(temper_h)re00:mov r2,#8;數(shù)據(jù)一共有8位re01:clr csetb p2.2nopnopclr p2.2nopn