數(shù)字溫度計(3)

1、.摘要 本文介紹了一種基于DS18B20的數(shù)字溫度計設(shè)計方案。方案利用STC89C52單片機(jī)控制DS18B20進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并由HS1602液晶顯示模塊顯示結(jié)果，另外，采集結(jié)果可由RS-232-C接口送入計算機(jī)顯示并存儲。按鍵控制實(shí)現(xiàn)過界報警溫度設(shè)定和實(shí)時監(jiān)控，利用STC89C52芯片進(jìn)行存儲，實(shí)現(xiàn)溫度測量存儲與再現(xiàn)。關(guān)鍵字：單片機(jī)，數(shù)字控制，溫度計， DS18B20，STC89C52 一、引言 在單片機(jī)技術(shù)日趨成熟的今天，其靈活的硬件電路的設(shè)計和軟件的設(shè)計，讓單片機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，幾乎是從小的電子產(chǎn)品，到大的工業(yè)控制，單片機(jī)都起到了舉足輕重的作用。單片機(jī)小的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)幾乎是所有具有可編程硬件的

2、一個縮影，可謂是“麻雀雖小，肝膽俱全”，單片機(jī)的學(xué)習(xí)和研究是對微機(jī)系統(tǒng)學(xué)習(xí)和研究的簡捷途徑。二、總體設(shè)計方案1、數(shù)字溫度計設(shè)計方案論證方案一由于本設(shè)計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)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(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。方案二 進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)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(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計要求。從以上兩種

3、方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計也比較簡單，故采用了方案二。2、方案二的總體設(shè)計框圖溫度計電路設(shè)計總體設(shè)計方框圖如圖1所示，控制器采用單片機(jī)STC89C52，溫度傳感器采用DS18B20，用液晶顯示器顯示數(shù)據(jù)。主 控 制 器液晶 顯 示溫 度 傳 感 器單片復(fù)位時鐘振蕩報警點(diǎn)按鍵調(diào)整 圖1總體設(shè)計方框圖（1）主控制器單片機(jī)STC89C52具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。（2）顯示電路顯示電路采用1602液晶顯示器（3）溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公

4、司最新推出的一種改進(jìn)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，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下： 獨(dú)特的單線接口僅需要一個端口引腳進(jìn)行通信；多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)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(jī)功耗；溫度以或位數(shù)字；用戶可定義報警設(shè)置；報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；負(fù)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

5、 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(yàn)碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進(jìn)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(fù)位時被刷新。第個字節(jié)，為

6、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)換為相應(yīng)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(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式，DS18B20出廠時該位被設(shè)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(shè)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(shí)際應(yīng)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

7、。第字節(jié)讀出前面所有字節(jié)的CRC碼，可用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng)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(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲在高速暫存存儲器的第、字節(jié)。單片機(jī)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(dāng)符號位時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號位時，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計算十進(jìn)制數(shù)值。表2是一部分溫度值對應(yīng)的二進(jìn)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

8、字節(jié)內(nèi)容作比較。若TH或TTL，則將該器件內(nèi)的報警標(biāo)志位置位，并對主機(jī)發(fā)出的報警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只DS18B20同時測量溫度并進(jìn)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(yàn)碼（CRC）。主機(jī)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(jī)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(dāng)計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系

9、數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù)進(jìn)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，每次測量前，首先將55所對應(yīng)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(yù)置在55所對應(yīng)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(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)器的預(yù)置值減到時，溫度寄存器的值將加，減法計數(shù)器的預(yù)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(jìn)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(yù)置值，只要計數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。表2

10、一部分溫度對應(yīng)值表溫度/二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+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 10

11、01 0000FC90H另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，它有嚴(yán)格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初使化DS18B20（發(fā)復(fù)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(jī)的接口電路DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)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(jī)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(dāng)

12、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(qiáng)的上拉，上拉開啟時間最大為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。三、硬件電路圖實(shí)物圖主板電路系統(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，單片機(jī)主板電路四、程序設(shè)計（一）主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當(dāng)前溫度值，溫度測量每1s進(jìn)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。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NYNYY發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳

13、過ROM命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，CRC校驗(yàn)9字節(jié)完？CRC校驗(yàn)正？確？移入溫度暫存器結(jié)束NNY圖7 主程序流程圖圖8讀溫度流程圖 （二）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(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯時不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖8示發(fā)DS18B20復(fù)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（三）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(dāng)采用12位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為750ms，在本程序設(shè)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9所示（四）計算溫度子程序計算溫度子程

14、序?qū)AM中讀取值進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)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(bǔ)碼置“”標(biāo)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(biāo)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（五） 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(jìn)行刷新操作，當(dāng)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。（六）C語言程序源代碼#include < reg51.h >#include &

15、lt; intrins.h >#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ = P33 ; /定義DS18B20端口DQ sbit BEEP=P36 ; /蜂鳴器驅(qū)動線bit presence ; /檢測18b20是否插好sbit LCD_RS = P24 ; sbit LCD_RW = P23 ;sbit LCD_EN = P22 ;uchar code cdis1 = " RICKY TELL U " ;uchar code cdis2 = " TEMP: . C " ;

16、uchar code cdis3 = " DS18B20 ERR0R " ;uchar code cdis4 = " PLEASE CHECK " ;unsigned char data temp_data2 = 0x00,0x00 ;unsigned char data display5 = 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00 ;unsigned char code ditab16 = 0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04, 0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0

17、x09 ;void beep() ; unsigned char code mytab8 = 0x0C,0x12,0x12,0x0C,0x00,0x00,0x00,0x00 ;#define delayNOP() ; _nop_() ;_nop_() ;_nop_() ;_nop_() ; ;/*/void delay1(int ms) unsigned char y ; while(ms-) for(y = 0 ; y<250 ; y+) _nop_() ; _nop_() ; _nop_() ; _nop_() ; /*/*檢查LCD忙狀態(tài) */*lcd_busy為1時，忙，等待。l

18、cd-busy為0時,閑，可寫指令與數(shù)據(jù)。 */*/ bit lcd_busy() bit result ; LCD_RS = 0 ; LCD_RW = 1 ; LCD_EN = 1 ; delayNOP() ; result = (bit)(P1&0x80) ; LCD_EN = 0 ; return(result) ; /*寫指令數(shù)據(jù)到LCD */*RS=L，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=指令碼。 */*/void lcd_wcmd(uchar cmd) while(lcd_busy() ; LCD_RS = 0 ; LCD_RW = 0 ; LCD_EN = 0 ; _nop

19、_() ; _nop_() ; P1 = cmd ; delayNOP() ; LCD_EN = 1 ; delayNOP() ; LCD_EN = 0 ; /*/*寫顯示數(shù)據(jù)到LCD */*RS=H，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=數(shù)據(jù)。 */*/void lcd_wdat(uchar dat) while(lcd_busy() ; LCD_RS = 1 ; LCD_RW = 0 ; LCD_EN = 0 ; P1 = dat ; delayNOP() ; LCD_EN = 1 ; delayNOP() ; LCD_EN = 0 ; /* LCD初始化設(shè)定 */*/void lcd_ini

20、t() delay1(15) ; lcd_wcmd(0x01) ; /清除LCD的顯示內(nèi)容 lcd_wcmd(0x38) ; /16*2顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù) delay1(5) ; lcd_wcmd(0x38) ; delay1(5) ; lcd_wcmd(0x38) ; delay1(5) ; lcd_wcmd(0x0c) ; /顯示開，關(guān)光標(biāo) delay1(5) ; lcd_wcmd(0x06) ; /移動光標(biāo) delay1(5) ; lcd_wcmd(0x01) ; /清除LCD的顯示內(nèi)容 delay1(5) ;/* 設(shè)定顯示位置 */*/void lcd_pos(uchar po

21、s) lcd_wcmd(pos | 0x80) ; /數(shù)據(jù)指針=80+地址變量/*自定義字符寫入CGRAM */*/void writetab() unsigned char i ; lcd_wcmd(0x40) ; /寫CGRAM for (i = 0 ; i< 8 ; i+) lcd_wdat(mytab i ) ; /*us級延時函數(shù) */*/void Delay(unsigned int num) while( -num ) ;/*初始化ds1820 */*/Init_DS18B20(void) DQ = 1 ; /DQ復(fù)位 Delay(8) ; /稍做延時 DQ = 0 ; /

22、單片機(jī)將DQ拉低 Delay(90) ; /精確延時 大于 480us DQ = 1 ; /拉高總線 Delay(8) ; presence = DQ ; /如果=0則初始化成功 =1則初始化失敗 Delay(100) ; DQ = 1 ; return(presence) ; /返回信號，0=presence,1= no presence/* 讀一個字節(jié) */*/ ReadOneChar(void)unsigned char i = 0 ;unsigned char dat = 0 ;for (i = 8 ; i > 0 ; i-) DQ = 0 ; / 給脈沖信號 dat >&

23、gt;= 1 ; DQ = 1 ; / 給脈沖信號 if(DQ) dat |= 0x80 ; Delay(4) ; return (dat) ;/* 寫一個字節(jié) */*/ WriteOneChar(unsigned char dat) unsigned char i = 0 ; for (i = 8 ; i > 0 ; i-) DQ = 0 ; DQ = dat&0x01 ; Delay(5) ; DQ = 1 ; dat>>=1 ; /* 讀取溫度 */*/ Read_Temperature(void) Init_DS18B20() ; WriteOneChar(0

24、xCC) ; / 跳過讀序號列號的操作 WriteOneChar(0x44) ; / 啟動溫度轉(zhuǎn)換 Init_DS18B20() ; WriteOneChar(0xCC) ; /跳過讀序號列號的操作 WriteOneChar(0xBE) ; /讀取溫度寄存器 temp_data0 = ReadOneChar() ; /溫度低8位 temp_data1 = ReadOneChar() ; /溫度高8位 /* 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與溫度顯示 */*/ Disp_Temperature() display4=temp_data0&0x0f ; display0=ditabdisplay4+0x30 ;/

25、查表得小數(shù)位的值 display4=(temp_data0&0xf0)>>4)|(temp_data1&0x0f)<<4) ; display3=display4/100+0x30 ; display1=display4%100 ; display2=display1/10+0x30 ; display1=display1%10+0x30 ; if(display3=0x30) /高位為0，不顯示 display3=0x20 ; if(display2=0x30) /次高位為0，不顯示 display2=0x20 ; lcd_pos(0x48) ; lc

26、d_wdat(display3) ; /百位數(shù)顯示 lcd_pos(0x49) ; lcd_wdat(display2) ; /十位數(shù)顯示 lcd_pos(0x4a) ; lcd_wdat(display1) ; /個位數(shù)顯示 lcd_pos(0x4c) ; lcd_wdat(display0) ; /小數(shù)位數(shù)顯示 /*/* DS18B20 OK 顯示菜單 */*/void Ok_Menu () uchar m ; lcd_init() ; /初始化LCD lcd_pos(0) ; /設(shè)置顯示位置為第一行的第1個字符 m = 0 ; while(cdis1m != '0') /顯示字符 lcd_wdat(cdis1m) ; m+ ; lcd_pos(0x40) ; /設(shè)置顯示位置為第二行第1個字符 m = 0 ; while(cdis2m != '0') lcd_wdat(cdis2m) ; /顯示字符 m+ ; w