基于DS1820的溫度采集系統(tǒng)設計1

1、 dcs1820溫度采集系統(tǒng)的設計 摘 要ds18b20的溫度采集系統(tǒng)利用下位機設置溫度上下限和實時溫度的采集，并將結(jié)果傳輸?shù)缴衔粰C，以達到對溫度的比較、控制。本設計用mcs-51單片機為主要硬件，設計了包括溫度采集，溫度顯示，系統(tǒng)控制，串口通信等外圍電路。在溫度測量部分采用具有“一線總線”接口的數(shù)字傳感器ds18b20，實現(xiàn)單線多點數(shù)據(jù)的采集。 關(guān)鍵詞： ds1820溫度傳感器 單片機 通信接口目 錄摘 要1前 言3第一章 溫度采集顯示系統(tǒng)的設計要求和設計方案41.1 系統(tǒng)設計任務41.2 功能要求41.3 方案論證和選定4第二章 溫度采集系統(tǒng)外部器件的設計62.1 總體分析62.2 805

2、1單片機的性能及應用72.3 ds18b20芯片簡介132.4 ds18b20原理及應用142.5 ds18b20與單片機的典型接口設計272.6 ds18b20使用中注意事項28第三章 硬件設計293.1 硬件電路設計的功能簡介293.2 硬件設計部分的組成303.3 硬件電路圖31第四章 軟件電路的設計324.1 系統(tǒng)功能324.2 系統(tǒng)流程圖324.3 ds18b20溫度采集源程序33第五章 聯(lián)機調(diào)試和分析40結(jié) 論40參考文獻41致 謝41附錄1 圖 片42附錄2 proteus仿真軟件電路圖43前 言 在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要用到溫度的檢測及控制，傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和熱電阻

3、。而熱電偶和熱電阻測出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對應的溫度，需要比較多的外部硬件支持，硬件電路復雜，軟件調(diào)試復雜，制作成本高。由dallas出品的新型的單路串行數(shù)字溫度傳感器ds18b20，完成溫度測量、分析、判斷閾值、輸出功能。整個系統(tǒng)具有集成度高、可靠性強、抗干擾性強（串行通信特點）、魯 棒 性強、可擴展性強（可利用識別序列號組成多點測量）、體積小、功耗低等特點。本系統(tǒng)具有測溫、上限報警、下限報警、溫度控制及顯示功能。基于本系統(tǒng)可擴展如下功能： 1. 增加鍵盤使可隨時調(diào)整溫度上下限。2. 擴展傳感器數(shù)量，組成測量網(wǎng)絡。實現(xiàn)多點測量。同時對mcs-51單片機系列各芯片進行了優(yōu)劣勢對比、介紹了單

4、線數(shù)字溫度傳感器的基本內(nèi)部結(jié)構(gòu)及主要性能特點。單片機是可以對端口進行控制、輸入輸出數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行處理的器件。mcs-51單片機是美國inte公司于1980年推出的產(chǎn)品，符合我校課程安排的培訓教材以mcs-51單片機作為代表進行理論基礎學習。atmel生產(chǎn)的系列單片機指令系統(tǒng)與單片機課程學習中接觸的指令系統(tǒng)相同，管腳分布以及功能與學習過程中實驗使用相同。利用此類單片機，選擇合適傳感器進行數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)處理、根據(jù)處理結(jié)果控制外圍設備，從硬件設計到軟件實現(xiàn)，此類系統(tǒng)具有一定可行性。該系統(tǒng)希望實現(xiàn)對特定地點溫度的測量，以及控制，據(jù)有很廣泛的可利用性以及擴展性。綜合以上分析，在計算機廣泛應用的今天，溫

5、度采集的重要性是十分顯著的。它是計算機與外部物理世界連接的橋梁。它在現(xiàn)代信息領域發(fā)揮著重要作用，是信息產(chǎn)品不可或缺的重要組成部分。因此選擇基于單片機溫度采集系統(tǒng)設計是很有意義也是很有必要的。第一章 溫度采集顯示系統(tǒng)的設計要求和設計方案1.1 系統(tǒng)設計任務1、了解ds18b20的工作原理，掌握其使用和編程方法。 2、理解ds18b20控制時序和控制方法流程。3、學會ds18b20與單片機的接口設計。4、掌握51單片機對ds18b20的軟硬件設計。1.2 功能要求1、數(shù)字溫度要求測溫范圍為-50110，精度誤差在0.1以內(nèi)，lcd數(shù)字顯示器直接讀出顯示。2、 編程實現(xiàn)80c51與ds18b20之間

6、的通訊，連續(xù)讀出ds18b20中所測9位精度的溫度。3、 在仿真器中設斷點進行觀察，觀察溫度變化時測量值的變化情況。1.3 方案論證和選定一、顯示方案的選擇1、用led數(shù)碼管進行顯示： 顯示效果：由于發(fā)光二極管基本上屬于電流敏感器件，其正向壓降的分散性很大， 并且還與溫度有關(guān)，為了保證數(shù)碼管具有良好的亮度均勻度，就需要使其具有恒定的工作電流，且不能受溫度及其它因素的影響。 安全性：即使是短時間的電流過載也可能對發(fā)光管造成永久性的損壞，采用恒流驅(qū)動電路后可防止 由于電流故障所引起的數(shù)碼管的大面積損壞。2、用lcd數(shù)碼管進行顯示： 顯示準確、可靠：新型數(shù)碼顯示器性能穩(wěn)定，不會出現(xiàn)重碼等顯示錯誤，顯

7、示數(shù)據(jù)準確、可靠；節(jié)能、安全：新型數(shù)碼顯示器每平方米電流僅為100ma，驅(qū)動電壓為20-85v。使用壽命長：新型數(shù)碼顯示器使用壽命可達8-10年以上。全天候使用：新型數(shù)碼顯示器抗紫外線能力強。由以上比較得：使用lcd數(shù)碼管顯示更為優(yōu)越，所以我選擇lcd作為溫度顯示器。二、程序方案的選擇1、用c語言進行編程采用這類編程需要有較強的c語言能力，c51程序是用于單片機系統(tǒng)的，因此要考慮單片機的資源，例如儲存器空間和尋址方式等。c程序是針對具體應用系統(tǒng)編寫的，所以軟件的編寫一定要在系統(tǒng)硬件的基礎上完成，也就是軟件編寫一定要考慮系統(tǒng)硬件環(huán)境。在編譯和鏈接時，要根據(jù)需要合理選擇編譯控制指令和鏈接控制指令。

8、2、用匯編語言進行編程：在運用這類程序編寫時，它把體現(xiàn)單片機各種功能的寄存器組織在統(tǒng)一的地址空間中。用直接尋址的方法實現(xiàn)單片機的各種操作，使指令顯得靈活、簡潔、易理解。此外，mcs51指令中有一個位處理指令子集，這在設計需要進行位操作的程序時十分方便有效。此外，mcs-51指令系統(tǒng)在其儲存空間、時間的利用率及工作效率方面都是較高的。習慣使用偽指令，記憶和理解一個變量名比記憶一個地址要容易的多。一些開發(fā)環(huán)境對編程有特殊要求。第二章 溫度采集系統(tǒng)外部器件的設計2.1 總體分析1、本數(shù)字溫度采集設計系統(tǒng)采用美國dallas半導體公司繼ds1820之后推出的一種改進型智能溫度傳感器ds18b20作為檢

9、測元件，溫度范圍為-55125，最大分辨率在0.0625。ds18b20可以直接讀出溫度被測溫度值，而且采用三線制與單片機相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點。2、功能的要求，確定系統(tǒng)由3個模塊組成：主控制器、測溫電路、顯示電路。主控制器：單片機at89c2051具有低電壓供電和小體積等特點，兩個端口剛好滿足電路系統(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。測溫電路：溫度傳感器使用ds18b20，ds18b20也 支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 -55c+125c，在-10+85c范圍內(nèi),精度為0.5c?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大

10、大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3v5.5v的電壓范圍，使系統(tǒng)設計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。 顯示電路：顯示輸出采用lcd顯示器。由于通過控制是否透光來控制亮和暗，當色彩不變時，液晶也保持不變，這樣就無須考慮刷新率的問題。對于畫面穩(wěn)定、無閃爍感的液晶顯示器，刷新率不高但圖像也很穩(wěn)定。3、單片機由于其體積小，功耗低，價格低廉，且具有邏輯判斷，定時計數(shù)，程序控制等多種功能而廣泛的應用于溫度控制系統(tǒng)之中，是溫度采集系統(tǒng)的重要核心部分之一。2.2 8051單片機的性能及應用1、單片機的發(fā)展1976年intel公司推出mcs48系列

11、8位單片機，以體積小、功能全、價格低等自身的魅力，得到了廣泛的應用，成為單片機發(fā)展過程中的一個重要標志。 由于mcs48系統(tǒng)的成功應用，單片機系列及單片機應用技術(shù)迅速發(fā)展，到目前為止，世界各地商場以相機研制出大約50個系列300多個品種的單片機產(chǎn)品。代表產(chǎn)品有intel公司的mcs51系列機，motorala公司的mc6801系列機，zilog公司的z8系列機等等。 目前，單片機正朝著高性能和多品種發(fā)展，但由于mcs51系列8位單片機仍能滿足大多數(shù)應用領域的需求，可以肯定，以mcs51系列為主的8位單片機，現(xiàn)在及以后的相當一段時間內(nèi)仍然將占據(jù)單片機應用的主導地位。2、單片機的應用特點1）具有較

12、高的性能價格比。高性能、低價格是單片機最顯著的一個特點，其應用系統(tǒng)具有印制板小，接插件少、安裝調(diào)試簡單方便等特點，使單片機應用系統(tǒng)的性能價格比大大高于一般微機系統(tǒng)。2）體積小，可靠性高。由單片機組成的應用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，其體積特別小，極易對系統(tǒng)進行屏蔽等抗干擾措施。另一方面，單片機對信息傳輸及對存儲器和i/o接口的訪問，一般情況下是在單片機內(nèi)部進行的，因此，不易受外界的干擾。所以，單片機應用系統(tǒng)的可靠性比一般微機系統(tǒng)高得多。3）控制功能強。單片機采用面向控制的指令系統(tǒng)，實時控制功能特別強。在實時控制方面，尤其是位操作方面單片機有著不俗的表現(xiàn)。cpu可以直接對i/o口進行輸入、輸出操作及邏輯運算，

13、并且具有很強的位操作能力，能有針性地解決由簡單到復雜的各類控制任務。在單片機內(nèi)儲存器rom和rom是嚴格分工的。rom用作程序儲存器，只放程序，常數(shù)和數(shù)據(jù)表格，由于配置較大的程序儲存空間rom，可以將以調(diào)好的程序固化在rom（也稱燒錄或者燒寫），這樣不僅掉電時程序不丟失，還避免程序被破壞，從而確保了程序的安全性。而ram用作數(shù)據(jù)存儲器，存放臨時數(shù)據(jù)和變量，這種方案使單片機更適用于實時控制系統(tǒng)。 4）使用方便，容易產(chǎn)品化。由于單片機具有體積小、功能強、性能價格比較高、系統(tǒng)擴展方便、硬件設計簡單等優(yōu)點。單片機的硬件功能具有廣泛的通用性。同一種單片機可以用在不同的控制系統(tǒng)中去，只是其中所配置的軟件不

14、同而已。換言之，給單片機固化上不同的軟件，便可形成不同的專用智能芯片，可稱為“件就是儀器”。 5）單片機開發(fā)工具具有很強的軟、硬件調(diào)試功能，使研制單片機應用系統(tǒng)極為方便，加之現(xiàn)場環(huán)境的可靠性，因此使單片機能滿足許多小型對象的嵌入式應用要求，可廣泛的應用在儀器儀表、家用電器、智能玩具、控制系統(tǒng)等領域中。 3、單片機的應用 單片機由于其體積小、功耗低、且具有邏輯判斷等功能，因而廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，大致可分如下幾個范疇：1.在智能儀器儀表上的應用單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀

15、表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設備（功率計，示波器，各種分析儀）。2.在工業(yè)控制中的應用用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。3.在家用電器中的應用可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備，五花八門，無所不在。

16、4.在計算機網(wǎng)絡和通信領域中的應用現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡和通信設備間的應用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。5.單片機在醫(yī)用設備領域中的應用單片機在醫(yī)用設備中的用途亦相當廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設備及病床呼叫系統(tǒng)等等。6.在各種大型電器中的模塊化應用某些專用單片機設計用于實現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進行模塊化應用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音

17、樂集成單片機，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機的原理），就需要復雜的類似于計算機的原理。如：音樂信號以數(shù)字的形式存于存儲器中（類似于rom），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。在大型電路中，這種模塊化應用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯誤率，也方便于更換。此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途由此可見，單片機從根本上改變了系統(tǒng)控制的設計思想和方法。過去必須由模擬電路、數(shù)字電路控制電路實現(xiàn)大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機并通過軟件方法實現(xiàn)。由于軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，各種軟件系列產(chǎn)品的大量涌現(xiàn)，可以極大地簡化硬件電路。隨

18、著單片機應用的推廣普及，單片機技術(shù)無疑是21世紀最為活躍的新一代電子應用技術(shù)。隨著微控技術(shù)的發(fā)展，單片機的應用必將導致傳統(tǒng)控制技術(shù)發(fā)生巨大變革。4、單片機的芯片簡介1）單片機引腳圖 圖2.0 單片機引腳圖40個引腳按引腳功能大致可分為4個種類：電源、時鐘、控制和i/o引腳。 電源: vcc - 芯片電源，接+5v； vss - 接地端；注：用萬用表測試單片機引腳電壓一般為0v或者5v，這是標準的ttl電平。但有時候在單片機程序正在工作時候測試結(jié)果并不是這個值而是介于0v-5v之間，其實這是萬用表的響應速度沒這么快而已，在某一個瞬間單片機引腳電壓仍保持在0v或者5v。 時鐘:xtal1、xtal

19、2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 控制線:控制線共有4根， ale/prog:地址鎖存允許/片內(nèi)eprom編程脈沖 ale功能：用來鎖存p0口送出的低8位地址 prog功能：片內(nèi)有eprom的芯片，在eprom編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 psen:外rom讀選通信號。 rst/vpd:復位/備用電源。 rst（reset）功能：復位信號輸入端。 vpd功能：在vcc掉電情況下，接備用電源。 ea/vpp:內(nèi)外rom選擇/片內(nèi)eprom編程電源。 ea功能：內(nèi)外rom選擇端。 vpp功能：片內(nèi)有eprom的芯片，在eprom編程期間，施加編程電源vpp。 i/o線80c51共有4個8

20、位并行i/o端口：p0、p1、p2、p3口，共32個引腳。p3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）5單片機實物圖.主要功能及其特征：8位cpu(中央處理器)、內(nèi)置程序存儲器(rom)、隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(ram)和輸入輸出端口(i/o)全部集成在單一的芯片上而構(gòu)成了完整的微型計算機。1）8位cpu。2）雙列直插40pindip封裝。3）所有指令均為1-2個機器周期。4）96條指令，大部分為單字節(jié)指令。5）2個工作寄存器。6）2個可編程定時/計數(shù)器。7）8層堆棧。8）單一+5v電源供電。9）使用6mhz外接石英晶體管振蕩器，此時機器周期為2.5us。10）與先期開發(fā)的8

21、080和8085微處理器兼容。 6.單片機的結(jié)構(gòu)框圖如圖所示圖2.1 單片機的結(jié)構(gòu)框圖2.3 ds18b20芯片簡介1、ds18b20是美國dallas半導體公司繼ds1820之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93.75 ms和750 ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，并且從ds18b20讀出的信息或?qū)懭雂s18b20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫,溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的ds18b20供電，而無需額外電源。因而使用ds18b20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

22、更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較ds1820有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。 2、其主要特點如下。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； 3、ds18b20的外形及管腳排列如圖所示 圖3.2 ds18b20的管腳排列ds18b20引腳定

23、義如下： 1）dq為數(shù)字信號輸入/輸出端； 2）gnd為電源地； 3）vdd為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。2.4 ds18b20原理及應用1、ds1820測溫原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖3.3 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1，而高溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率隨溫度變化明顯，它產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在-55c所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預置值重新裝入，并再次對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)

24、生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)減到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖1中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預置值。另外，由于ds18b20單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對ds18b20的各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初始化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)。2、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（28

25、h）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。 圖3.4 ds18b20溫度值格式表這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18b20的兩個8比特的ram中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0

26、.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。 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。 溫度值數(shù)字輸出（二進制）數(shù)字輸出（16進制）+1250000 0111 1101 000007d0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 0001019h+10.1250000 0000 1010 001000a2h+0.50000 0000 0000 10000008h

27、圖3.4 ds18b20溫度對照表3、ds18b20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器ds18b20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存ram和一個非易失 性的可電擦除的eepram,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器th、tl和結(jié)構(gòu)寄存器。高速暫存存儲器除了配置寄存器外，還有其他8個字節(jié)組成，其分配如下所示。其中溫度信息（第1，2字節(jié)）、th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個字節(jié)的crc碼，可用來保證通信正確。th用戶字節(jié)1th用戶字節(jié)2配置寄存器eeprom溫度lsd（50h）溫度lsd（05h）crc*保留位(ffh)保留位(10h)保留位(0ch)配置寄

28、存器th用戶字節(jié)2*th用戶字節(jié)1*高速暫存器（上電狀態(tài)）byte1byte8byte0byte7byte6byte2byte5byte4byte3 圖3.5 ds18b20內(nèi)部儲存器結(jié)構(gòu)圖當ds18b20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1，2字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0062 5 /lsb形式表示。溫度值格式如下： 對應的溫度計算：當符號位s=0時，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當s=1時，先將補碼變換為原碼，再計算十進制值。 ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得

29、的溫度值與th，tl作比較，若tth或ttl,則將該器件內(nèi)的告警標志置位，并對主機發(fā)出的告警搜索命令作出響應。因此，可用多只ds18b20同時測量溫度并進行告警搜索。 crc的產(chǎn)生 在64 b rom的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余校驗碼（crc）。主機根據(jù)rom的前56位來計算crc值，并和存入ds18b20中的crc值做比較，以判斷主機收到的rom數(shù)據(jù)是否正確。 64位激光（刻）只讀儲存器8位rcr48位序列號8位系列號 4、 配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下：tmr1r011111 表3.4 配置寄存器結(jié)構(gòu)低五位一直都是1，tm是測試模式位，用于設置ds18b20在工作模式還是在測試模式。

30、在ds18b20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動。r1和r0用來設置分辨率，如下表所示：（ds18b20出廠時被設置為12位）r1r0分辨率最大溫度轉(zhuǎn)換時間/ms009位93.750110位187.51011位3751112位750 表3.5 溫度值分辨率設置表 由表3.5可見，設定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間就越長。因此，在實際應用中要在分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。 5、ds18b20控制流程根據(jù)ds18b20的通訊協(xié)議，主機（單片機）控制ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對ds18b20進行復位操作，復位成功后發(fā)送一條rom指令，最后發(fā)送ram指令，

31、這樣才能對ds18b20進行預定的操作。復位要求主cpu將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，當ds18b20收到信號后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主cpu收到此信號表示復位成功。后面還要具體講述復位、讀和寫的時序。rom指令表明了主機尋址一個或者多個ds18b20中的某個或某幾個，或者讀取某個ds18b20的64位地址。ram指令用于主機對ds18b20內(nèi)部ram的操作。指令集如表5.1和表5.2所示。指令約定代碼功能溫度轉(zhuǎn)換44h啟動ds18b20進行溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換時最長為750ms（9位為93.75ms）。結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)rom中。讀暫存器0beh讀內(nèi)部r

32、am9字節(jié)內(nèi)容寫暫存器4eh發(fā)出向內(nèi)部ram的3、4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)數(shù)據(jù)。復制暫存器48h將ram的第3、4字節(jié)的內(nèi)容復制到eeprom中。重讀eeprom0b8h將eeprom中的內(nèi)容復制到ram中的第3、4字節(jié)。讀供電方式0b4h讀ds18b20的供電模式，寄生供電時ds18b20發(fā)送“0”，外接電源供電ds18b20發(fā)送“1”。 表5.1 ram指令表指令代碼操作說明溫度轉(zhuǎn)換44h開始啟動ds18b20溫度轉(zhuǎn)換讀rom33h讀rom內(nèi)容匹配rom55h對指定器件操作跳過cch跳過器件識別讀暫存器beh讀暫存器內(nèi)容寫暫存器4eh將數(shù)據(jù)寫入暫存器的th

33、、tl字節(jié)復制暫存器48h把暫存器的th、tl字節(jié)寫到eram重寫調(diào)用eramb8h把eram中的th、tl字節(jié)寫到暫存器th、tl字節(jié) 表5.2 rom指令表備注： 1、對于寄生電源模式下的ds18b20，在溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到eeprom期間，必須給單總線一個強上拉?？偩€上在這段時間內(nèi)不能用其它活動。 2、總線控制器在任何時刻都可以通過發(fā)出復位信號中止數(shù)據(jù)傳輸。 3、th、tl和配置寄存器這3個字節(jié)的寫入必須在復位信號發(fā)起之前。 對ds18b20的操作流程圖如圖5.2和5.3所示返回設循環(huán)次數(shù)為8延時100s 480s 480s寫1位數(shù)據(jù)總線置0并延時16s開始總線置1，延時60s8位寫完

34、？返回設循環(huán)次數(shù)為8延時480s 480s 480s寫1位數(shù)據(jù)總線置0并延時16s開始總線置1，延時16s8位寫完？開始總線置1并延時返回總線置1并延時480s總線置1 a)復位操作流程 b)寫操作流程 c)讀操作流程 5.3 指令操作流程圖上面兩階流程圖說明了任何操作ds18b20所應遵循的流程。比如用戶進行如下操作：先發(fā)送報警上下限值，并寫入eeprom，然后讓ds18b20做溫度轉(zhuǎn)換，最后讀取溫度值。6、ds18b20的應用 ds18b20測溫系統(tǒng)具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點。下面就是ds18b20不同應用方式下的測溫電路圖： 圖5.4 測溫原理圖1）ds18

35、b20的主要特性 適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5v，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 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 ds18b20支持多點組網(wǎng)功能，多個ds18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫 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) 溫范圍55125，在-10+85時精度為0.5 可編程的分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫 在9位分辨率時最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為

36、數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以一線總線串行傳送給cpu，同時可傳送crc校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。2）ds1820的基本操作指令ds1820的操作指令分為rom操作命令和存儲器操作命令。（1）、rom操作命令及其含義readrom指令代碼（33h）：如果只有一片ds1820，可用此命令讀出其序列號，若在線ds1820多于一個，將發(fā)生沖突。matchrom指令代碼（55h）：多個ds1820在線時，可用此命令匹配一個給定序列號的ds1820，此后的命令就針

37、對該ds1820。skiprom指令代碼（cch）：此命令執(zhí)行后的存儲器操作將針對在線的所有ds1820。searchrom指令代碼（f0h）：用以讀出在線的ds1820的序列號。alarmsearch指令代碼（ech）：當溫度值高于th或低于tl中的數(shù)值時，此命令可以讀出報警的ds1820。（2）、存儲器操作指令代碼及其含義writescratchpad指令代碼（4eh）：寫兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)到溫度寄存器。readscratchpad指令代碼（beh）：讀取溫度寄存器的溫度值。copyscratchpad指令代碼（48h）：將溫度寄存器的數(shù)值拷貝到eeram中，保證溫度值不丟失。convertt

38、指令代碼（44h）：啟動在線ds1280做溫度a/d轉(zhuǎn)換。recalle2指令代碼（b8h）：將eeram中的數(shù)值拷貝到溫度寄存器中。readpowersupply指令代碼（b4h）：在本命令送到ds1280之后的每一個讀數(shù)據(jù)間隙，指出電源模式：“0”為寄生電源；“1”為外部電源。3）溫度測量的步驟(1).readrom（33h），每次對ds1820進行操作之前都要對它進行初始化，主要目的在于確定傳感器已經(jīng)連接到單總線上。(2).searchrom（f0h），這條指令使處理器用排除的方法去辨別總線上的ds1820。(3).matchrom（55h），只有準確的符合64位rom序列的ds1820

39、才能響應其后的指令，當然，單點測溫時可以使用skiprom（cch）指令來跳過這一步。(4).convertt（44h），發(fā)完指令后應查詢總線上的電平，當電平位高時溫度轉(zhuǎn)換完成。(5).readscratchpad（beh），將讀指令發(fā)出后，就可從總線上讀得表示溫度的2字節(jié)二進制數(shù)。7、ds18b20寄生電源供電方式電路圖1、ds18b20寄生電源供電方式電路連接的幾種情況如下面圖4所示，在寄生電源供電方式下，ds18b20從單線信號線上汲取能量：在信號線dq處于高電平期間把能量儲存在內(nèi)部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。 圖5.5 d

40、s18b20寄生電源供電方式獨特的寄生電源方式有三個好處：1）進行遠距離測溫時，無需本地電源2）可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取rom3）電路更加簡潔，僅用一根i/o口實現(xiàn)測溫上面的電路一般情況下都能滿足測溫要求，但是要想使ds18b20進行精確的溫度轉(zhuǎn)換，i/o線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由于每個ds18b20在溫度轉(zhuǎn)換期間工作電流達到1ma，當幾個溫度傳感器掛在同一根i/o線上進行多點測溫時，只靠4.7k上拉電阻就無法提供足夠的能量，會造成無法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差極大。為了使ds18b20在溫度轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電源供應，可以有兩種方法解決這個問題，第一個就是在每個ds18b20

41、節(jié)點上都單獨為其供電，如圖3.6和3.7所示。但是這種辦法需要每個節(jié)點處都有單獨的電源，使得寄生電源的優(yōu)越蕩然無存，實際應用中當節(jié)點處沒有單獨電源時基本不采用。 如圖5.6 節(jié)點單獨供電的電路連接另一種方法是當進行溫度轉(zhuǎn)換或復制到e2儲存操作時，用低導通電阻三極管或者mosfet把數(shù)據(jù)線直接拉到vcc就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及復制到e2儲存器或啟動溫度的指令后，必須在最多3s內(nèi)把i/o線轉(zhuǎn)換到強上拉狀態(tài)。在強上拉方式下可以解決電流供應不走的問題，因此也適合于多點測溫應用，缺點就是要多占用一根i/o口線進行強上拉切換。這種使用低導通電阻三極管或者mosfet進行強上拉的電阻在應用非常廣泛

42、，其中電路如圖3.7所示。 如圖5.7 使用強上拉的電路連接 使用強上拉電阻實現(xiàn)的多點測量的應用電路如圖5.8 所示。在外部電源供電方式下，ds18b20工作電源由vdd引腳接入，此時i/o線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時在總線上理論可以掛接任意多個ds18b20傳感器，組成多點測溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，ds18b20的gnd引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85。 圖5.8 多點測量連接電路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，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)。站長推薦大家在開

43、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寬電源電壓范圍的優(yōu)點，即使電源電壓vcc降到3v時，依然能夠保證溫度量精度。 2、ds18b20的操作時序由于采用單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，ds18b20的數(shù)據(jù)i/o均由同一條線完成，因此，對讀寫的操作時序要求嚴格。它的各種時序如圖2所示圖5.9 ds18b20的操作時序 為了保證ds18b20的嚴格i/o時序。需要做較精確的延時。在ds18b20操作中，用到的延時有15s，90s，270s，540s等。因這些延時均為15s的整倍，因此在程序中可以編寫一個以15s為基準的延時函數(shù)。 2.5

44、ds18b20與單片機的典型接口設計下面以mcs51單片機為例，講述ds18b20與單片機的典型接口和程序設計。圖3是ds18b20采用寄生電源供電方式與51單片機的電路連接。令ds18b20定期進行溫度轉(zhuǎn)換，并把此溫度轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)定期發(fā)送給pc機進行處理。 圖6.0 ds18b20與單片機的接口設置 圖5.5中單總線加入了4.7k的上拉電阻對總線進行上拉。另外因為當ds18b20處于寫存儲操作和溫度a/d變換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為3s.所以保證在有效的ds18b20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，圖中采用了一個pnp型三極管和mcs51的p1.0口來完成對總線的上拉。平時狀態(tài)

45、下p1.0輸出為高，三極管關(guān)閉；當ds18b20處于寫存儲器操作和溫度a/d變換操作之前，p1.0口輸出為低，三極管打開，此時即對總線進行了強上拉，操作之后在使p1.0口輸出為高，三極管再次關(guān)閉。 前面已經(jīng)講過，主機控制ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個步驟：初始化、rom操作指令、存儲器操作指令。假設單片機系統(tǒng)所用的晶振頻率為12mhz，根據(jù)ds18b20的初始化時序、寫時序和讀時序，分別編寫了3個子程序：init為初始化子程序，write為寫（命令或數(shù)據(jù)）子程序，read為讀數(shù)據(jù)子程序，所有的數(shù)據(jù)讀寫均由最低位開始子程序getwd讀取的溫度值高位字節(jié)送wdmsb單元，低位字節(jié)送wdls

46、b單元，再按照溫度值字節(jié)的表示格式及其符號位，經(jīng)過簡單的變換即可得到實際溫度值2.6 ds18b20使用中注意事項ds1820雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題： 1) 較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于ds1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對ds1820進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用pl/m、c等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時，對ds1820操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。 2) 在ds1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛ds1820數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任

47、意多個ds1820，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛ds1820超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要加以注意。 3) 連接ds1820的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用ds1820進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 4) 在ds1820測溫程序設計中，向ds1820

48、發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待ds1820的返回信號，一旦某個ds1820接觸不好或斷線，當程序讀該ds1820時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行ds1820硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。 測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接vcc和地線，屏蔽層在源端單點接地。第三章 硬件設計3.1 硬件電路設計的功能簡介 本溫度控制系統(tǒng)圍繞ds18b20為核心，主要實現(xiàn)的功能是：利用ds18b20采集環(huán)境溫度并在七段數(shù)碼管上顯示出來，同時將溫度信息反饋到pc3以便作進一步分析操作。當環(huán)境溫度高于報警上限或低于報警下限時，分別點亮高低溫報警燈，溫度回復到上下限之間時，熄滅報警燈。系統(tǒng)中有5個按鍵，其要實現(xiàn)的功能如表3.8所示。按鍵功能功能鍵顯示溫度值、報警上限、報警下限三態(tài)循環(huán)遞增鍵當顯示報警上下限時，按此鍵則顯示的報警上限或下限增1。遞減鍵當顯示報警上下限時，按此鍵則顯示的上下限減1.儲存鍵當顯示報警上下限時，按完遞增或遞減鍵后按此鍵可將新設定的報警限