項目五任務(wù)4數(shù)字溫度計

項目五任務(wù)4DS18B20工作原理

一．任務(wù)描述介紹數(shù)字溫度傳感器DS18B20的工作原理，了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及相關(guān)寄存器的使用方法。

二．DS18B20簡介數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為溫度檢測元件，硬件電路簡單，節(jié)省系統(tǒng)成本并提高了系統(tǒng)可靠性。DS18B20主要具有以下特點(diǎn)：（1）采用單總線（1-wirebus）通信方式，僅需一條口線即可實現(xiàn)與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；（2）具有3引腳小體積封裝方式，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)；（3）測溫范圍為－550C～＋1250C；（4）電源供電范圍為3.0～5.5V；（5）可編程為9～12位數(shù)字量輸出（自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC）；（6）支持多點(diǎn)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(diǎn)測溫；（7）在每個DS18B20器件都有獨(dú)一無二的序列號。表7-1

DS18B20詳細(xì)引腳功能描述

三.DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.引腳功能DS18B20為三引腳元件，外形同普通三極管，見右圖，引腳功能詳見表。

序號名稱引腳功能描述1GND電源地2DQ為數(shù)據(jù)（數(shù)字信號）輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源；3VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時此引腳必須接地）（1）64位ROM的位結(jié)構(gòu)如下表所示。開始8位為產(chǎn)品類型編號，接著是每個器件的惟一序號，共有48位，最后8位是前面56位的CRC驗證碼。非易失性溫度報警觸發(fā)器TH與TL，可通過軟件寫入報警上下限。8位檢驗CRC48位序列號8位工廠代碼（10H）MSBLSBMSBLSBMSBLSB2.DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20主要由64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、及配置寄存器等組成。（2）9字節(jié)高速緩存存儲器，結(jié)構(gòu)如表7-2所示。寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度LSB0溫度MSB1TH用戶字節(jié)12TL用戶字節(jié)23配置寄存器4保留5保留6保留7表7-2高速緩存存儲器結(jié)構(gòu)第1、第2字節(jié)為所測溫度信息；第3、第4字節(jié)為TH與TL的考貝，是易失性的，上電復(fù)位時被刷新；第5字節(jié)為配置寄存器，用于確定溫度值的數(shù)字分辯率。該字節(jié)低5位始終為1，各位具體定義如下：TMR1R011111TM:測試模式位，該位已被設(shè)置為0R1、R0：分辯率設(shè)置位，即溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)R1R0分辯率/位溫度最大轉(zhuǎn)換時間/ms步進(jìn)單位00993.750.5℃／LSB0010187.50.25℃／LSB10113750.125℃／LSB11127500.0625℃／LSB表7-3DS18B20分辯率設(shè)置DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時間與分辯率有關(guān)，分辯率愈高，轉(zhuǎn)換時間愈長。高速緩存第6、7、8字節(jié)保留未用；第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的CRC碼，用來校驗通信數(shù)據(jù)的正確性。（3）溫度數(shù)據(jù)值格式。DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，啟動溫度轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的溫度值以16位帶符號二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲在高速緩存存儲器的每1、2字節(jié).單片機(jī)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0.0625℃／LSB形式表示。232221202-12-22-32-4LS字節(jié)

SSSSS262524其中“S”為符號標(biāo)志位：當(dāng)符號位S=0時，表示測得溫度值為正，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時，表示測得溫度值為負(fù),先將補(bǔ)碼變換為原碼，再計算十進(jìn)制值。表7-4為部分溫度值與二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系。MS字節(jié)圖7-3溫度數(shù)據(jù)值格式表7-4DS18B20溫度與二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系7418溫度/℃二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+125000001111101000007D0H+8500000101010100000550H+25.062500000001100100010191H+10.125000000001010001000A2H+0.500000000000010000008H000000000000000000000H-0.51111111111111000FFF8H-10.1251111111101011110FF5EH-25.06251111111001101111FE6FH-551111110010010000FC90HDSI8B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與TH、TL做比較，若T>TH或T<TL，則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并對主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令做出響應(yīng)。四、DSl8B20工作命令工作時，DS18B20主機(jī)（單片機(jī)）可以使用各種命令對DSI8B20進(jìn)行操作。操作過程為:初始化DS18B20、發(fā)ROM功能命令、發(fā)存儲器操作命令。1．讀ROM[33H]這個命令允許總線控制器讀到DS18B20的8位系列編碼、唯一的序列號和8位CRC碼。只有在總線上存在單只DS18B20的時候才能使用這個命令。2．匹配ROM[55H]這個是匹配ROM命令，后跟64位ROM序列，讓總線控制器在多點(diǎn)總線上定位一只特定的DS18B20。只有和64位ROM序列完全匹配的DS18B20才能響應(yīng)隨后的存儲器操作。3．跳過ROM[0CCH]這條命令允許總線控制器不用提供64位ROM編碼就使用存儲器操作命令，在單點(diǎn)總線情況下，可以節(jié)省時間。4．搜索ROM[0F0H]當(dāng)一個系統(tǒng)初次啟動時，總線控制器可能并不知道單線總線上有多少器件或它們的64位ROM編碼。搜索ROM命令允許總線控制器用排除法識別總線上的所有從機(jī)的64位編碼。5．報警搜索[0ECH]這條命令的流程和SearchROM相同。然而，只有在最近一次測溫后遇到符合報警條件的情況，DS18B20才會響應(yīng)這條命令。報警條件定義為溫度高于TH或低于TL。6．寫暫存存儲器[4EH]這個命令向DS18B20的暫存器TH和TL中寫入數(shù)據(jù)?？梢栽谌魏螘r刻發(fā)出復(fù)位命令來中止寫入。7．寫暫存存儲器[0BEH]這個命令讀取暫存器的內(nèi)容。讀取將從第1個字節(jié)開始，一直進(jìn)行下去，直到第9（CRC）字節(jié)讀完。如果不想讀完所有字節(jié)，控制器可以在任何時間發(fā)出復(fù)位命令來中止讀取。

8．拷貝暫存存儲器[48H]這個命令把暫存器的內(nèi)容拷貝到DS18B20的E2ROM存儲器里，即把溫度報警觸發(fā)字節(jié)存入非易失性存儲器里。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時間隙，而DS18B20又忙于把暫存器拷貝到E2存儲器，DS18B20就會輸出一個0，如果拷貝結(jié)束的話，DS18B20則輸出1。9．溫度轉(zhuǎn)換[44H]這條命令啟動一次溫度轉(zhuǎn)換而無需其它數(shù)據(jù)。溫度轉(zhuǎn)換命令被執(zhí)行，而后DS18B20保持等待狀態(tài)。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出時間隙，而DS18B20又忙于做溫度轉(zhuǎn)換的話，DS18B20將在總線上輸出0，若溫度轉(zhuǎn)換完成，則輸出1。10．重新調(diào)出[0B8H]這條命令把報警觸發(fā)器里的值拷貝回暫存器。這種拷貝操作在DS18B20上電時自動執(zhí)行，這樣器件一上電暫存器里馬上就存在有效的數(shù)據(jù)了。若在這條命令發(fā)出之后發(fā)出讀數(shù)據(jù)隙，器件會輸出溫度轉(zhuǎn)換忙的標(biāo)識：0為忙，1為完成。11．讀電源[0B4H]

五、DSl8B20工作時序作為單總線器件，DSl8B20與單片機(jī)間采用串行數(shù)據(jù)傳輸方式，要求按照嚴(yán)格的時隙進(jìn)行操作。主機(jī)使用時間隙來讀寫DSl8B20的數(shù)據(jù)位和寫命令字的位（在此所有程序均采用12M晶振），單片機(jī)P3.7引腳接DSl8B20數(shù)據(jù)線。1．初始化DS18B20對DSl8B20操作時首先要進(jìn)行初始化：單片機(jī)發(fā)出復(fù)位脈沖，DSl8B20以存在脈沖響應(yīng)。當(dāng)DSl8B20發(fā)出存在脈沖對復(fù)位脈沖響應(yīng)時，表明該器件已在總線上并作好操作準(zhǔn)備。初始化時序見圖7-4。主機(jī)總線to時刻發(fā)送一復(fù)位脈沖(最短為480us的低電平信號)，接著在tl時刻釋放總線并進(jìn)入接收狀態(tài)。DSl8B20在檢測到總線的上升沿之后等待15-60us接著DS18B20在t2時刻發(fā)出存在脈沖(低電平持續(xù)60-240us)如圖中虛線所示。DS18B20工作時序DS18B20初始化子程序如下：Init_DS18B20() //傳感器初始化{ ucharx=0; DATA=1; //DQ復(fù)位

delay(10); //稍做延時

DATA=0; //單片機(jī)將DQ拉低

delay(80); //精確延時大于480us//450 DATA=1; //拉高總線

delay(20); x=DATA;//稍做延時后如果x=0則初始化成功x=1則初始化失敗

delay(30);}2.寫DS18B20DSl8B20有兩種類型的寫時序：寫0時序（圖7-5）和寫1時序（圖7-6）。當(dāng)主機(jī)總線to時刻從高拉至低電平時就產(chǎn)生寫時間隙。從to時刻開始15us之內(nèi)應(yīng)將所需寫的位送到總線上，DSl8B20在t0后15-60us間對總線采樣,若為低電平，則寫入的位是0，見圖7-5；若為高電平，則寫入的位是1，見圖7-6。連續(xù)寫2位間的間隙應(yīng)大于1us。圖7-5寫0時序圖7-6寫1時序?qū)慏S18B20一個字節(jié)子程序WriteOneChar(unsignedchardat){ uchari=0; for(i=8;i>0;i--) { DATA=0; DATA=dat&0x01; delay(10); DATA=1; dat>>=1; } delay(8);}3.讀DS18B20當(dāng)單片機(jī)發(fā)出讀時序時，DS18B20可發(fā)送數(shù)據(jù)到單片機(jī)。所有讀時序必須持續(xù)60us以上，每個時序之間發(fā)須有至少1us的恢復(fù)時間。圖7-7中，主機(jī)在to時刻將總線從高電平拉至低電平時，至少在1us后t1時刻將總線拉高，產(chǎn)生讀時間隙，讀時間隙在t1時刻后到t2時刻前有效。T2距to為15us。也就是說t2時刻前主機(jī)必須完成讀位，并在to后的60us一120us內(nèi)釋放總線。圖7-7DS18B20讀時序

基礎(chǔ)篇;讀DS18B20一個字節(jié)子程序，ReadOneChar(void){ uchari=0; uchardat=0; for(i=8;i>0;i--) {DATA=0; //給脈沖信號

dat>>=1; DATA=1; //給脈沖信號

if(DATA) dat|=0x80; delay(8); } return(dat);}基礎(chǔ)篇

一．任務(wù)描述利用單片機(jī)89S51與DS18B20設(shè)計一數(shù)字溫度計，測溫范圍－55～125OC，顯示精度為0.1OC。采用4位LED數(shù)碼管顯示溫度，一位小數(shù)、三位整數(shù)。正溫度時，最高位顯示百位溫度或不顯示，負(fù)溫度時最高位顯示符號“－”。系統(tǒng)采用12M晶振。

二、硬件電路設(shè)計硬件電路見圖7-8所示。DS18B20數(shù)據(jù)端接至單片機(jī)P3.7引腳，采用四位數(shù)碼管顯示溫度值（3位整數(shù)，一位小數(shù)）。

三、軟件設(shè)計系統(tǒng)程序主要包括主程序、溫度轉(zhuǎn)換子程序、溫度BCD碼轉(zhuǎn)換子程序、顯示緩沖區(qū)刷新子程序、顯示子程序等。

1．主程序主程序的主要功能是進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換、溫度BCD碼轉(zhuǎn)換、顯示緩沖區(qū)刷新及溫度顯示等，見流程圖圖7-92.溫度讀取子程序該子程序的功能是啟動DS18B20溫度轉(zhuǎn)換，并將DS18B20RAM中的前兩個字節(jié)溫度數(shù)據(jù)讀入單片機(jī)指定存儲單元中。其流程圖見圖7-10。

數(shù)字溫度計設(shè)計（一）基礎(chǔ)篇3.溫度BCD碼轉(zhuǎn)換子程序該子程序的功能是判別所測溫度的正負(fù)值，并將其小數(shù)及整數(shù)部分分別轉(zhuǎn)換成BCD碼，再存入單片機(jī)指定的溫度存儲單元中。表7-5小數(shù)部分二進(jìn)制和十進(jìn)制的近似對應(yīng)關(guān)系表二進(jìn)制值0123456789ABCDEF十進(jìn)制值00112334556678894.顯示緩沖區(qū)刷新子程序該子程序?qū)嚎sBCD碼溫度數(shù)據(jù)拆分后裝入顯示緩沖區(qū)70H—73H中?；A(chǔ)篇四、源程序清單應(yīng)用程序清單如下（程序僅供參考）：/***********************************************************程序描述：溫度超過35度，繼電器吸合P0端驅(qū)動共陽七段數(shù)碼管，P2端接共陽數(shù)碼管的公共端***********************************************************/#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitDATA=P3^7;//DS18B20接入口ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};charbai,shi,ge;//定義變量

數(shù)字溫度計設(shè)計（二）基礎(chǔ)篇/********延時子函數(shù)***********/voiddelay(uintn){ while(n--);//uinti;for(i=0;i<n;i++);}/*************DS18b20溫度傳感器函數(shù)*********************/Init_DS18B20(void) //傳感器初始化{ ucharx=0; DATA=1; //DQ復(fù)位

delay(10); //稍做延時

DATA=0; //單片機(jī)將DQ拉低

delay(80); //精確延時大于480us//450 DATA=1; //拉高總線

delay(20); x=DATA; //稍做延時后如果x=0則初始化成功x=1則初始化失敗

delay(30);}基礎(chǔ)篇/****讀一個字節(jié)******/ReadOneChar(void){ uchari=0; uchardat=0; for(i=8;i>0;i--) DATA=0; //給脈沖信號

dat>>=1; DATA=1; //給脈沖信號

if(DATA) dat|=0x80; delay(8); } return(dat);}基礎(chǔ)篇/*****8寫一個字節(jié)*****/WriteOneChar(unsignedchardat){

uchari=0; for(i=8;i>0;i--) { DATA=0; DATA=dat&0x01; delay(10); DATA=1;

dat>>=1; } delay(8);}/*******讀取溫度*******/intReadTemperature(void){ uchara=0; ucharb=0; intt=0; floattt=0; Init_DS18B20(); WriteOneChar(0x