基于DS18B20的数字温度计的设计与实现.pdf

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1、 基于 DS18B20 的数字温度计的设计与实现 一、实验目的 了解 DS18B20 数字式温度传感器的工作原理。利用 DS18B20 数字式温度传感器和 89C51 设计温度控制系统。二、实验内容与要求 基本要求：(1)检测的温度范围：0100。(2)检测精度0.5。(3)能对所测试的温度进行显示。三、数字温度传感器 DS18B20 由 DALLAS 半导体公司生产的 DS18B20 型单线智能温度传感器,属于新一代适配微处理器的智能温度传感器,可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。它具有体积小，接口方便，传输距离远等特点。1.DS18B20 性能特点

2、DS18B20 的性能特点：采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它 I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9 位二进制数，含符号位），测温范围为-55-+125，测量分辨率为 0.0625,内含 64 位经过激光修正的只读存储器 ROM，适配各种单片机或系统机，用户可分别设定各路温度的上、下限，内含寄生电源。2.DS18B20 内部结构 DS18B20 内部结构主要由四部分组成：64 位光刻 ROM,温度传感器,非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL,高速暂存器。64 位光刻 ROM 是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20 的地址序列号。不同的器

3、件地址序列号不同。DS18B20 的管脚排列如图 1 所示。图 1 DS18B20 引脚分布图 DS18B20 高速暂存器共 9 个存储单元，如表所示：序号 寄存器名称 作 用 序号 寄存器名称 作 用 0 温度低字节 以 16 位补码形式存放 4 配置寄存器 1 温度高字节 5、6、7 保留 2 TH/用户字节1 存放温度上限 8 CRC 3 HL/用户字节2 存放温度下限 以 12 位转化为例说明温度高低字节存放形式及计算：12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 18B20 的两个高低两个 8 位的 RAM 中，二进制中的前面 5 位是符号位。如果测得的温度大于 0，这 5 位为 0，

4、只要将测到的数值乘于 0.0625 即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加 1 再乘于 0.0625 才能得到实际温度。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 DS18B20 控制方法 DS18B20 有六条控制命令，如表所示：指 令 约定代码 操 作 说 明 温度转换 44H 启动 DS18B20 进行温度转换 读暂存器 BEH 读暂存器 9 个字节内容 写暂存器 4EH 将数据写入暂存器的 TH、TL 字节 复制暂存器 48H 把暂存器的 TH、TL 字节写到 E2RAM 中

5、重新调 E2RAM B8H 把 E2RAM 中的 TH、TL 字节写到暂存器 TH、TL 字节 读电源供电方式 B4H 启动 DS18B20 发送电源供电方式的信号给主 CPU DS18B20 的通信协议 DS18B20 器件要求采用严格的通信协议，以保证数据的完整性。该协议定义了几种信号类型：复位脉冲，应答脉冲时隙；写 0，写 1 时隙；读 0，读 1 时隙。与 DS18B20 的通信，是通过操作时隙完成单总线上的数据传输。发送所有的命令和数据时，都是字节的低位在前，高位在后。复位和应答脉冲时隙 每个通信周期起始于微控制器发出的复位脉冲，其后紧跟 DS18B20 发出的应答脉冲，在写时隙期间

6、，主机向 DS18B20 器件写入数据，而在读时隙期间，主机读入来自 DS18B20的数据。在每一个时隙，总线只能传输一位数据。时序图见图 3。写时隙 当主机将单总线 DQ 从逻辑高拉到逻辑低时，即启动一个写时隙，所有的写时隙必须在 60120us 完成，且在每个循环之间至少需要 1us 的恢复时间。写 0 和写 1 时隙如图所示。在写 0 时隙期间，微控制器在整个时隙中将总线拉低；而写 1 时隙期间，微控制器将总线拉低，然后在时隙起始后 15us 之释放总线。时序图见图 4。读时隙 DS18B20 器件仅在主机发出读时隙时，才向主机传输数据。所以在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时隙，以

7、便 DS18B20 能够传输数据。所有的读时隙至少需要 60us，且在两次独立的读时隙之间，至少需要 1us 的恢复时间。每个读时隙都由主机发起，至少拉低总线 1us。在主机发起读时隙之后，DS18B20 器件才开始在总线上发送 0 或 1，若DS18B20 发送 1，则保持总线为高电平。若发送为 0，则拉低总线当发送 0 时，DS18B20在该时隙结束后，释放总线，由上拉电阻将总线拉回至高电平状态。DS18B20 发出的数据，在起始时隙之后保持有效时间为 15us。因而主机在读时隙期间，必须释放总线。并且在时隙起始后的 15us 之内采样总线的状态。时序图见图 4。图 3 复位和应答脉冲时隙

8、 图 4 读写时序 四、硬件电路设计 按照系统设计功能的要求，确定系统由 3 个模块组成：主控制器、测温电路和显示电路。数字温度计总体电路结构框图如图 5 所示。微机系统显示电路8255 PC0DS18B20 图 5 电路结构框图 设计好的电路图如下图 图 6 图 6 电路原理图 五、软件设计 系统程序主要包括主程序、读出温度子程序、温度转换子程序、计算温度子程序、显示数据程序。图 7 中断程序流程图 程序:ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP T8ms FLAG bit 00h ;初始化是否成功的判断标志 ORG 0100H MAIN:MOV R7,#125

9、；中断产生 125 次为 1s MOV R6,#00H ；上次显示位 MOV TMOD,#01H ；T0 定时器，方式 1 MOV TH0,#0DFH MOV TL0,#00H ；定时器赋初值，8ms 产生中断 MOV P2,#00H SETB EA ；开中断 SETB ET0 ；允许 T0 中断 SETB TR0 ；T0 计时 SJMP$；死循环，等 8ms ORG 0200H ；中断子程序 T8ms:CLR TR0 ；关闭计数 DJNZ R7,BIT0 ；判断 1s 是否到了，没到转到 BIT0 LCALL servey ；到了调用测温程序 BIT0:CJNE R6,#00H,BIT1 ；

10、判断上次显示是否为小数位，;是往下，否到 BIT CLR P2.4 ;关小数位 MOV P0,73H ；送符号 SETB P2.7 ；开符号位 MOV R6,#03H ；改标志 JMP BACK ；转到 BACK BIT1:CJNE R6,#01H,BIT2 CLR P2.5 MOV P0,70H SETB P2.4 MOV R6,#00H JMP BACK BIT2:CJNE R6,#02H,BIT3 CLR P2.6 MOV P0,71H SETB P2.5 MOV R6,#01H JMP BACK BIT3:CLR P2.7 MOV P0,72H SETB P2.6 MOV R6,#02

11、H JMP BACK BACK:MOV TH0,#0DFH ；重新给计时器赋初值 MOV TL0,#00H SETB TR0 ；开 T0 RETI ；中断返回 ORG 0300H servey:SETB P2.0 LCALL INIT_18B20 ；初始化 18B20 JB FLAG,servey1 ；如果初始化成功，调用测温程序 RET servey1:MOV A,#0cch LCALL WR_18B20 ；向 18B20 发送，跳过 ROM MOV A,#0BEH LCALL WR_18B20 ；向 18B20 发送，启动温度转换 LCALL READ_18B20 ；从 18b20 读入温

12、度 LCALL convert ；温度数值转换 MOV A,#0cch LCALL WR_18B20 MOV A,#44H LCALL WR_18B20 RET ORG 0400H ；18B20 初始化子程序 INIT_18B20:SETB P2.0 NOP CLR P2.0 MOV R0,#0FFH LP1:DJNZ R0,LP1 ；延时 2*255ms SETB P2.0 MOV R0,#1EH LP2:JNB P2.0,LP3 DJNZ R0,LP2 ；判断 60us 18B20 有无反馈 CLR FLAG ；无反馈，FLAG 标志清零 JMP LP4 LP3:SETB FLAG ；18

13、B20 有反馈 MOV R0,#78H LP5:DJNZ R0,LP5 ；延时 78H*2m LP4:SETB P2.0 RET ORG 0450H ；向 18b20 写子程序 WR_18B20:MOV R2,#08H ；8 次 CLR C WR1:CLR P2.0 MOV R0,#06H WR2:DJNZ R0,WR2 ；延时 14us RRC A ；右移 MOV P2.0,C ；将数据的一位送出 MOV R0,#14H WR3:DJNZ R0,WR3 ；延时 40us SETB P2.0 NOP DJNZ R2,WR1 ；判断 8 次是否到了 RET ORG 0500H ；从 18B20

14、读温度子程序 READ_18B20:MOV R4,#02H ；读 2 次 MOV R1,#39H ；存放温度 RE00:MOV R2,#08H ；读 8 位 RE01:CLR C SETB P2.0 NOP NOP CLR P2.0 NOP NOP SETB P2.0 MOV R3,#08H RE02:DJNZ R3,RE02 ；延时 16us MOV C,P2.0 MOV R3,#23H RE03:DJNZ R3,RE03 ；延时 RRC A DJNZ R2,RE01 ；判断 8 次移位 MOV R1,A ；将温度存入 DEC R1 DJNZ R4,RE00 ；判断 2 次读数据 RET O

15、RG 0550H ；数据转换子程序 convert:CLR C MOV R5,#04H ；4 次移位 SHIFT:MOV A,38H ；高 8 位 RRC A MOV 38H,A MOV A,39H ；低 8 位 RRC A MOV 39H,A ；将 16 位数据移位成 8 位数据 DJNZ R5,SHIFT ；移 4 次 JC AD1 ；判断小数位 MOV 60H,#00H JMP AD2 AD1:MOV 60H,#05H ；60H 放温度的小数位数 AD2:MOV A,39H MOV B,#100 DIV AB MOV 63H,A ；63H 放温度的百位数 MOV A,B MOV B,#1

16、0 DIV AB MOV 62H,A ；62H 放温度的十位 MOV 61H,B ；61H 放温度的个位 MOV DPTR,#TABLE MOV A,60H MOVC A,A+DPTR MOV 70H,A MOV A,61H MOVC A,A+DPTR MOV 71H,A MOV A,62H MOVC A,A+DPTR MOV 72H,A MOV A,63H MOVC A,A+DPTR MOV 73H,A ；转换为显示码，放入 70-73H RET TABLE:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH end 4.调试 调试中遇到每次只能测量一次温度。解决方法：每次测量好温度后，重新调用 ds18b20 的初始化程序。感想 原本以为一气呵成写完程序是最好的，通过这次对程序亲自的调试，发现真真对自己提高逻辑思维能力有帮助的是在发现问题后，分析，改善，最终达到设计要求的过程，这一过程让我受益匪浅。小组成员：舒挺、魏铖、俞伟磊