DS18B20數(shù)字溫度計的設計與實現(xiàn)

1、DS18B20數(shù)字溫度計的設計與實現(xiàn)一、實驗目的了解DS18B20數(shù)字式溫度傳感器的工作原理。利用DS18B20數(shù)字式溫度傳感器和微機實驗平臺實現(xiàn)數(shù)字溫度計。二、實驗內(nèi)容與要求采用數(shù)字式溫度傳感器為檢測器件，進行單點溫度檢測。用數(shù)碼管直接顯示溫度值，微機系統(tǒng)作為數(shù)字溫度計的控制系統(tǒng)。基本要求：(1)檢測的溫度范圍：0100，檢測分辨率0.5。(2)用4位數(shù)碼管來顯示溫度值。(3)超過警戒值（自己定義）要報警提示。提高要求(1)擴展溫度范圍。(2)增加檢測點的個數(shù)，實現(xiàn)多點溫度檢測。三、設計報告要求設計目的和內(nèi)容總體設計硬件設計：原理圖（接線圖）及簡要說明軟件設計框圖及程序清單設計結(jié)果和體會（包

2、括遇到的問題及解決的方法）四、數(shù)字溫度傳感器DS18B20由DALLAS半導體公司生產(chǎn)的DS18B20型單線智能溫度傳感器,屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器,可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領域的溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)和大型設備中。它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠等特點。 1. DS18B20性能特點 DS18B20的性能特點：采用單總線專用技術(shù)，既可通過串行口線，也可通過其它I/O口線與微機接口，無須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測溫度值（9位二進制數(shù)，含符號位），測溫范圍為-55-+125，測量分辨率為0.0625,內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器ROM，適配各種單片機或系統(tǒng)機，

3、用戶可分別設定各路溫度的上、下限，內(nèi)含寄生電源。 2. DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) 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,高速暫存器。64位光刻ROM是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列號。64位ROM結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。不同的器件地址序列號不同。 DS18B20的管腳排列如圖1所示。LSBMSB8位檢驗CRC 48位序列號 8位工廠代碼（10H）圖1 DS18B20引腳分布圖 圖2 64位ROM結(jié)構(gòu)圖DS18B20高速暫存器共9個存儲單元，如表所示： 序號 寄存器名稱 作 

4、0;  用 序號 寄存器名稱 作    用 0 溫度低字節(jié) 以16位補碼形式存放 4 配置寄存器 1 溫度高字節(jié) 5、6、7 保留 2 TH/用戶字節(jié)1 存放溫度上限 8 CRC 3 HL/用戶字節(jié)2 存放溫度下限    以12位轉(zhuǎn)化為例說明溫度高低字節(jié)存放形式及計算：12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個高低兩個8位的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0.0625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才能得到實際溫

5、度。 高8位 S S S S S 26 25 24 低8位 23 22 21 20 2-1 2-2 2-3 2-4 3. DS18B20控制方法 DS18B20有六條控制命令，如表所示： 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)

6、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. DS18B20的通信協(xié)議DS18B20器件要求采用嚴格的通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議定義了幾種信號類型：復位脈沖，應答脈沖時隙；寫0，寫1時隙；讀0，讀1時隙。與DS18B20的通信，是通過操作時隙完成單總線上的數(shù)據(jù)傳輸。發(fā)送所有的命令和數(shù)據(jù)時，都是字節(jié)的低位在前，高位在后。a) 復位和應答脈沖時隙每個通信周期起始于微控制器發(fā)出的復位脈沖，其后緊跟DS18B20發(fā)出的應答脈沖，在寫時隙期間，主機向DS18B

7、20器件寫入數(shù)據(jù)，而在讀時隙期間，主機讀入來自DS18B20的數(shù)據(jù)。在每一個時隙，總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。時序圖見圖3。b) 寫時隙當主機將單總線DQ從邏輯高拉到邏輯低時，即啟動一個寫時隙，所有的寫時隙必須在60120us完成，且在每個循環(huán)之間至少需要1us的恢復時間。寫0和寫1時隙如圖所示。在寫0時隙期間，微控制器在整個時隙中將總線拉低；而寫1時隙期間，微控制器將總線拉低，然后在時隙起始后15us之釋放總線。時序圖見圖4。c) 讀時隙   DS18B20器件僅在主機發(fā)出讀時隙時，才向主機傳輸數(shù)據(jù)。所以在主機發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時隙，以便DS18B20能夠傳輸數(shù)據(jù)

8、。所有的讀時隙至少需要60us，且在兩次獨立的讀時隙之間，至少需要1us的恢復時間。每個讀時隙都由主機發(fā)起，至少拉低總線1us。在主機發(fā)起讀時隙之后，DS18B20器件才開始在總線上發(fā)送0或1，若DS18B20發(fā)送1，則保持總線為高電平。若發(fā)送為0，則拉低總線當發(fā)送0時，DS18B20在該時隙結(jié)束后，釋放總線，由上拉電阻將總線拉回至高電平狀態(tài)。DS18B20發(fā)出的數(shù)據(jù)，在起始時隙之后保持有效時間為15us。因而主機在讀時隙期間，必須釋放總線。并且在時隙起始后的15us之內(nèi)采樣總線的狀態(tài)。時序圖見圖4。圖3 復位和應答脈沖時隙 圖4 讀寫時序五、硬件電路設計按照系統(tǒng)設計功能的要求，確定系統(tǒng)由3個

9、模塊組成：主控制器、測溫電路和顯示電路。數(shù)字溫度計總體電路結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。 圖5 電路結(jié)構(gòu)框圖在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方法，一種是Vcc接外部電源，GND接地，I/O與單片機的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時UDD、GND接地，I/O接單片機I/O。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。六、軟件設計系統(tǒng)程序主要包括主程序、讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換子程序、計算溫度子程序、顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等等。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的測量溫度值，溫度測量每1s進行一次，其程序流程圖如圖6。圖6 主程序流程圖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)，在讀出時需要進行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7所示。圖7 讀出溫度子程序流程圖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位分辯率時轉(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圖8所示。4計算溫度子程序計算溫度子程序?qū)AM中讀