數(shù)字溫度計設(shè)計報告-2

數(shù)字溫度計設(shè)計報告姓名：班級：學號：指導教師：2014年6月27日數(shù)字溫度計報警實訓報告

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(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù),

本文主要介紹了一個基于89c51單片機的測溫系統(tǒng)，詳細描述了利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20開發(fā)測溫系統(tǒng)的過程，重點對傳感器在單片機下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進行了詳盡分析，特別是數(shù)字溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)采集過程。對各部分的電路也一一進行了介紹,該系統(tǒng)可以方便的實現(xiàn)實現(xiàn)溫度采集和顯示，使用起來相當方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點，適合于我們?nèi)粘Ｉ詈凸?、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測量，也可以當作溫度處理模塊嵌入其它系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴展。DS18B20與AT89c51結(jié)合實現(xiàn)最簡溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境下進行現(xiàn)場溫度測量，有廣泛的應用前景。

實習目的1.了解數(shù)數(shù)字溫度計及工作原理。2.進一步掌握數(shù)字溫度計設(shè)計方法。3.進一步掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。4.進一步掌握keil和仿真軟件的應用。5.進一步熟悉集成電路的引腳安排。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，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)９～１２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3.0~5.5Ｖ；●零待機功耗；●溫度以９或１２位數(shù)字；●用戶可定義報警設(shè)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３腳PR－35封裝或８腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。C64C64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VddI/OI/O圖2DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)64位ROM的結(jié)構(gòu)開始８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８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ＴＨ和ＴＬ，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ＲＡＭ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８字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖3所示。頭２個字節(jié)包含測得的溫度信息，第３和第４字節(jié)ＴＨ和ＴＬ的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第５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５位一直為１，ＴＭ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０，用戶要去改動，R1和Ｒ0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3DS18B20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ＲＡＭ的第６、７、８字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯１。第９字節(jié)讀出前面所有８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0.0625℃／LSB形式表示。當符號位Ｓ＝０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Ｓ＝１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1DS18B20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、TＬ字節(jié)內(nèi)容作比較。若Ｔ＞TH或T＜TL，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１；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２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１、溫度寄存器中，計數(shù)器１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)，當減法計數(shù)器１的預置值減到０時，溫度寄存器的值將加１，減法計數(shù)器１的預置將重新被裝入，減法計數(shù)器１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０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+125000001111101000007D0H+8500000101010100000550H+25.062500000001100100000191H+10.125000000001010000100A2H+0.500000000000000100008H000000000000010000000H-0.51111111111110000FFF8H-10.1251111111101011110FF5EH-25.06251111111001101111FE6FH-551111110010010000FC90H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，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)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單片機主板電路溫度計程序#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitDQ=P3^6;sbitbeep=P3^7;sbitHled= P1^4;sbitLled= P1^5;bitds18b20_ok=1;//18b20正常標志bithalarm=0,lalarm=0; //高低溫警報標志uintTime0_Count=0;chartempvalaue_hl[2]={70,-20};ucharCurrentT=0; //當前讀取溫度整數(shù)部分uchartemp_value[]={0x00,0x00};//從18b20讀取的溫度uchardisplay_digit[]={0,0,0,0};//待顯示的的溫度數(shù)位ucharcodeDSY_CODE[]={ 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00};ucharcodedf_Table[]={0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9};/**********************延時函數(shù)**************/voiddelay(uintm){ while(m--);}/**********************初始化DS18b20**************/ucharresetDS18B20(){ ucharflag; DQ=1; delay(8); DQ=0; delay(90); DQ=1; delay(8); flag=DQ; delay(100); returnflag; }/**********************DS18b20讀指令**************/ucharReadOnebyte(){ uchari,dat=0; DQ=1; _nop_(); for(i=0;i<8;i++) { DQ=0; dat>>=1; DQ=1; _nop_(); _nop_(); if(DQ) dat|=0x80; delay(30); DQ=1; } returndat;}/**********************DS18b20寫指令**************/voidWriteOnebyte(uchardat){ uchari; for(i=0;i<8;i++) { DQ=0; DQ=dat&0x01; delay(5); DQ=1; dat>>=1; }}/**********************讀取溫度**************/voidRead_Temperature(){ if(resetDS18B20()==1) ds18b20_ok=0;//有問題 else { WriteOnebyte(0xcc); WriteOnebyte(0x44); resetDS18B20(); WriteOnebyte(0xcc); WriteOnebyte(0xbe); temp_value[0]=ReadOnebyte(); temp_value[1]=ReadOnebyte(); tempvalaue_hl[0]=ReadOnebyte(); tempvalaue_hl[1]=ReadOnebyte(); ds18b20_ok=1; }}/**********************設(shè)置溫度報警**************/voidSet_Alarm_Temp_Value(){ resetDS18B20(); WriteOnebyte(0xcc); WriteOnebyte(0x4e); WriteOnebyte(tempvalaue_hl[0]); //高八位 WriteOnebyte(tempvalaue_hl[1]); //低八位 WriteOnebyte(0x7f); resetDS18B20(); WriteOnebyte(0xcc); WriteOnebyte(0x48);}/**********************溫度顯示程序**************/voidDisplay_Temperature(){ uchari; uchart=150; ucharng=0,np=0; charSigned_Current_Temp; if((temp_value[1]&0xf8)==0xf8) { temp_value[1]=~temp_value[1]; temp_value[0]=~temp_value[0]+1; if(temp_value[0]==0x00)temp_value[1]++; ng=1; np=0xfd; } //查表得到小數(shù) display_digit[0]=df_Table[temp_value[0]&0x0f]; //zhengshubufen CurrentT=((temp_value[0]&0xf0)>>4)|((temp_value[1]&0x07)<<4); //有符號的溫度值 Signed_Current_Temp=ng?-CurrentT:CurrentT; //高低文警報 halarm=Signed_Current_Temp>=tempvalaue_hl[0]?1:0; lalarm=Signed_Current_Temp<=tempvalaue_hl[1]?1:0;//將整數(shù)部分分解為三位待顯示數(shù)字 display_digit[3]=CurrentT/100; display_digit[2]=CurrentT%100/10; display_digit[1]=CurrentT%10; if(display_digit[3]==0) { display_digit[3]=10; np=0xfe; if(display_digit[2]==0) { display_digit[2]=10; np=0xfd; } } for(i=0;i<30;i++) { P0=DSY_CODE[display_digit[0]]; P2=0xf7; delay(t); P2=0xff; P0=(DSY_CODE[display_digit[1]])|0x80; P2=0xfb; delay(t); P2=0xff; P0=DSY_CODE[display_digit[2]]; P2=0xfd; delay(t); P2=0xff; P0=DSY_CODE[display_digit[3]]; P2=0xfe; delay(t); P2=0xff; if(ng)//如果為負數(shù)則在調(diào)整后的位置顯示— { P0=0x40; P2=np; delay(t); P2=0xff; } }}/**********************zhuchengxu**************/voidmain(void){ IE=0x82; TMOD=0x01; TH0=-1000/256; TL0=-1000%256; TR0=0; Hled=1; Lled=1; Set_Alarm_Temp_Value(); Read_Temperature(); delay(50000); delay(50000); while(1) { Read_Temperature(); if(ds18b20_ok) { if(halarm==1||lalarm==1) TR0=1; else TR0=0; Display_Temperature(); } else { P0=P2=0x00; } }}/**********************報警中斷服務程序******/voidT0_INT()interrupt1{ TH0=-1000/256; TL0=-1000%256; beep=!beep; if(++Time0_Count==400) { Time0_Count=0; if(halarm) Hled=~Hled; elseHled=1; if(lalarm) Lled=~Lled; elseLled=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。YY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？CRC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)DS18