项目八温度传感器18B20应用设计-单片机原理及应用(第2版)课件.ppt

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1、项目八项目八温度传感器温度传感器18B20应用设计应用设计项目背景项目背景现代检测技术中，传感器占据着不可动摇的重要地位，现代检测技术中，传感器占据着不可动摇的重要地位，传感器把非是量转换为电量，经过放大处理后，转换为传感器把非是量转换为电量，经过放大处理后，转换为数字量输入计算机，由计算机对信号分析处理。从而传数字量输入计算机，由计算机对信号分析处理。从而传感器技术与计算机技术结合起来，对自动化和信息化起感器技术与计算机技术结合起来，对自动化和信息化起重要作用。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向重要作用。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、从集成化向智能化和网络化的方向飞速发展

2、。数字式、从集成化向智能化和网络化的方向飞速发展。智能温度传感器智能温度传感器DS18B20正是朝着高精度、多功能、总正是朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。因此，智能温度传感器因此，智能温度传感器DS18B20作为温度测量装置，已作为温度测量装置，已广泛应用于人们的日常生活和工农业生产中。广泛应用于人们的日常生活和工农业生产中。DS18B20是是1Wire，即单总线器件的代表产品，因此，即单总线器件的代表产品，因此学

3、习其应用知识对掌握单片机的应用是很重要的。学习其应用知识对掌握单片机的应用是很重要的。项目八项目八温度传感器温度传感器18B20应用设计应用设计项目目标项目目标掌握单总线器件温度传感器18B20的原理及应用知识了解单片机与温度传感器18B20的接口知识掌握温度传感器18B20的编程方法项目任务项目任务学习单总线器件温度传感器18B20的原理及应用知识学习单片机与温度传感器18B20的接口与编程方法学习任务学习任务18B20温度传感器应用知识学习温度传感器应用知识学习学习内容学习内容温度传感器18B20功能与引脚介绍温度传感器18B20的指令作用介绍温度传感器18B20的工作时序温度传感器18B

4、20的操作过程学习目标学习目标掌握温度传感器18B20的功能与引脚作用掌握温度传感器18B20的指令作用看懂温度传感器18B20的工作时序理解温度传感器18B20的操作过程一、一、DS18B20器件的特点器件的特点DS18B20数字温度计是数字温度计是DALLAS公司生产的公司生产的1Wire，即单总线器件，即单总线器件，具有线路简单，体积小，更宽的电压适用范围具有线路简单，体积小，更宽的电压适用范围+3+5.5V，抗干扰能，抗干扰能力强，精度高的特点。力强，精度高的特点。（1）多样封装形式，适应不同硬件系统。在使用中不需要任何外围）多样封装形式，适应不同硬件系统。在使用中不需要任何外围元件元

5、件,全数字温度转换及输出。全数字温度转换及输出。（2）测量参数可配置）测量参数可配置DS18B20的测量分辨率可通过程序设定的测量分辨率可通过程序设定912位，位，12位分辨率时的最大工作周期为位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。毫秒。（3）测量温度范围宽，检测温度范围为）测量温度范围宽，检测温度范围为55C+125C，在，在-10+85C范围内，精度为范围内，精度为0.5C。（4）供电方式灵活，可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。）供电方式灵活，可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可

6、以不接外部电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高。而使系统结构更趋简单，可靠性更高。（5）内置）内置EEPROM，有限温报警功能。在系统掉电以后，它仍可保，有限温报警功能。在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。存分辨率及报警温度的设定值。（6）负压特性）负压特性电源极性接反时，不能正常工作，但温度计不会因发电源极性接反时，不能正常工作，但温度计不会因发热而烧毁。热而烧毁。（7）内置唯一的产品序列号，多个）内置唯一的产品序列号，多个DS18B20可以并联在一根通信可以并联在一根通信线上，可实现多点测温。线上，可实现多点测温。二、二、DS18B20封装与管脚排列封装与管脚排列三、三

7、、DS18B20内部结构内部结构如图如图8-3所示，所示，DS18B20主要由主要由4部分组成：部分组成：64位位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和和TL、配置寄、配置寄存器。存器。64位位ROM用于存放用于存放DS18B20的的ID编码，它可以看作是该编码，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。其前的地址序列码。其前8位是单线系列编码（位是单线系列编码（DS18B20的是的是H），后面），后面48位是芯片唯一的序列号，并且每个位是芯片唯一的序列号，并且每个DS18B20的序列号都不相同，因此它可以看作是该的序列号都不相同，因此它可以看作是该

8、DS18B20的地址序列码；最后的地址序列码；最后8位是以上位是以上56位的位的CRC码码（冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改。由于每（冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改。由于每一个一个DS18B20的的ROM数据都各不相同，因此微控制器数据都各不相同，因此微控制器就可以通过单总线对多个就可以通过单总线对多个DS18B20进行寻址，从而实现进行寻址，从而实现一根总线上挂接多个一根总线上挂接多个DS18B20的目的。的目的。2温度传感器温度传感器表表8-2部分测量结果的温度与数据对照表部分测量结果的温度与数据对照表如如125的数的数字输出为字输出为07D0H（正温度（正温度直接吧直接

9、吧16进制数转成进制数转成10进制即得到温度进制即得到温度值值）-55的数字输的数字输出为出为FC90H。（负温度（负温度把得到把得到的的16进制数进制数取反取反后后加加1再转成再转成10进制数）进制数）3配置寄存器配置寄存器配置寄存器格式如下：配置寄存器格式如下：低五位一直都是低五位一直都是1，最高位是测试模式位，用于设置，最高位是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。，用户不要去改动。R1和和R0用用来设置分辨率，如表来设置分辨率，如表8-3所示，不同分辨率所对应的最所

10、示，不同分辨率所对应的最大转换时间也不同。（大转换时间也不同。（DS18B20出厂时被设置为出厂时被设置为12位）位）4RAM数据暂存器数据暂存器RAM数据暂存器也叫高速暂存存储器，由数据暂存器也叫高速暂存存储器，由9个字个字节组成，用于内部计算和数据存取，数据在掉电节组成，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，后丢失，DS18B20共共9个字节个字节RAM，每个字节为，每个字节为8位。第位。第1、2个字节是温度转换后的数据值（温度个字节是温度转换后的数据值（温度寄存器），第寄存器），第3、4个字节是用户个字节是用户EEPROM（温度（温度报警值报警值TH、TL储存）的镜像。在上电复位时其

11、值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第将被刷新。第5个字节则是用户第个字节则是用户第3个个EEPROM的的镜像（配置寄存器）。第镜像（配置寄存器）。第6、7、8个字节为计数寄个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第第9个字节为前个字节为前8个字节的个字节的CRC码。码。四、四、18B20与单片机连接与单片机连接18B20与单片机连接有两种方式：外接电源工作方式和寄与单片机连接有两种方式：外接电源工作方式和寄生电源工作方式。生电源工作方式。11

12、8B20外接电源工作方式外接电源工作方式外接电源工作方式中，外接电源工作方式中，18B20只需要接到单片机的一个只需要接到单片机的一个I/O口上，由于单总线为开漏所以需要外接一个口上，由于单总线为开漏所以需要外接一个4.7K的上的上拉电阻。拉电阻。2寄生电源工作方式寄生电源工作方式（电源从（电源从I/O口上获得）口上获得）如果采用寄生工作方式，只要将如果采用寄生工作方式，只要将VDD电源引脚与单总线电源引脚与单总线并联即可，但在程序设计中，寄生工作方式将总会对总并联即可，但在程序设计中，寄生工作方式将总会对总线的状态有一些特殊的要求。线的状态有一些特殊的要求。注意：当温度高于注意：当温度高于1

13、00时，不能使用寄生电源，因为时，不能使用寄生电源，因为此时器件中较大的漏电流会使总线不能可靠检测高低电此时器件中较大的漏电流会使总线不能可靠检测高低电平，从而导致数据传输误码率的增大。平，从而导致数据传输误码率的增大。1.初始化时序初始化时序见图8-6：主机首先发出一个480960微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的480微秒时间内对总线进行检测，如果有低电平出现说明总线上有器件已做出应答。若无低电平出现一直都是高电平说明总线上无器件应答。作为从器件的DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有480960微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待1560微秒后将总

14、线电平拉低60240微秒做出响应存在脉冲，告诉主机本器件已做好准备。若没有检测到就一直检测等待。2对对DS18B20的写和读操作的写和读操作接下来就是主机发出各种操作命令，但各种操作接下来就是主机发出各种操作命令，但各种操作命令都是向命令都是向DS18B20写写0和写和写1组成的命令字节，组成的命令字节，接收数据时也是从接收数据时也是从DS18B20读取读取0或或1的过程。因的过程。因此首先要搞清主机是如何进行写此首先要搞清主机是如何进行写0、写、写1、读、读0和读和读1的。的。DS18B20单线通信功能是分时完成的，有严格的单线通信功能是分时完成的，有严格的时隙概念，如果出现序列混乱，时隙概

15、念，如果出现序列混乱，1-WIRE器件将器件将不响应主机，因此读写时序很重要。系统对不响应主机，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。的各种操作必须按协议进行。2对对DS18B20的写和读操作的写和读操作写周期最少为写周期最少为60微秒，最长不超过微秒，最长不超过120微秒。写周期一开微秒。写周期一开始主机先把总线拉低始主机先把总线拉低1微秒表示写周期开始。随后若主机微秒表示写周期开始。随后若主机想写想写0，则继续拉低电平最少，则继续拉低电平最少60微秒直至写周期结束，然微秒直至写周期结束，然后释放总线为高电平。若主机想写后释放总线为高电平。若主机想写1，在一开始拉

16、低总线，在一开始拉低总线电平电平1微秒后就释放总线为高电平，一直到写周期结束。微秒后就释放总线为高电平，一直到写周期结束。而从机而从机DS18B20则在检测到总线被拉底后等待则在检测到总线被拉底后等待15微秒然微秒然后从后从15us到到45us开始对总线采样，在采样期内总线为高开始对总线采样，在采样期内总线为高电平则为电平则为1，若采样期内总线为低电平则为，若采样期内总线为低电平则为0。2对对DS18B20的写和读操作的写和读操作对于读数据操作时序也分为读对于读数据操作时序也分为读0时序和读时序和读1时序两个过程。时序两个过程。读时隙是从主机把单总线拉低之后，在读时隙是从主机把单总线拉低之后，

17、在1微秒之后就得释微秒之后就得释放单总线为高电平，以让放单总线为高电平，以让DS18B20把数据传输到单总线把数据传输到单总线上。上。DS18B20在检测到总线被拉低在检测到总线被拉低1微秒后，便开始送出微秒后，便开始送出数据，若是要送出数据，若是要送出0就把总线拉为低电平直到读周期结束。就把总线拉为低电平直到读周期结束。若要送出若要送出1则释放总线为高电平。主机在一开始拉低总线则释放总线为高电平。主机在一开始拉低总线1微秒后释放总线，然后在包括前面的拉低总线电平微秒后释放总线，然后在包括前面的拉低总线电平1微秒微秒在内的在内的15微秒时间内完成对总线进行采样检测，采样期内微秒时间内完成对总线

18、进行采样检测，采样期内总线为低电平则确认为总线为低电平则确认为0。采样期内总线为高电平则确认。采样期内总线为高电平则确认为为1。完成一个读时序过程，至少需要。完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。才能完成。六、主控制器对六、主控制器对DS18B20的控制的控制1.每次读写前对每次读写前对DS18B20进行复位初始化进行复位初始化复位要求主 CPU 将数据线下拉 500us，然后释放，DS18B20 收到信号后等待 16us60us 左右，然后发出 60us240us 的存在低脉冲，主 CPU 收到此信号后表示复位成功。3.发送存储器指令发送存储器指令七、七、DS18B20进行一次温度转

19、换的操作过程进行一次温度转换的操作过程1启动温度转换启动温度转换（1）主机先进行复位操作并接收DS18B20的应答（存在）脉冲。（2）主机再写跳过ROM的操作（CCH）命令（3）然后主机接着写转换温度的操作（44H）命令，后面释放总线至少一秒，让DS18B20完成转换的操作。1启动温度转换启动温度转换每个命令字节在写的时候都是低字节先写，例如每个命令字节在写的时候都是低字节先写，例如CCH的二的二进制为进制为11001100，在写到总线上时要从低位开始写，写，在写到总线上时要从低位开始写，写的顺序是的顺序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹零、零、壹、壹、零、零、壹、壹”。一次温一次温度转换操作

20、的总线状态如图度转换操作的总线状态如图8-9。八、应用举例八、应用举例例例8-1使用使用Proteus软件在计算机上画出软件在计算机上画出DS18B20、LED数码管与单片机连接的应用电路原理图，如图数码管与单片机连接的应用电路原理图，如图8-11，编程实现编程实现18B20的温度测量转换并在的温度测量转换并在LED数码管上显示温数码管上显示温度值。度值。汇编程序见例程汇编程序见例程八、应用举例八、应用举例例例8-2使用使用Proteus软件在计算机上按照下面要求画出软件在计算机上按照下面要求画出18B20、1602与单片机连接的应用电路原理图，用与单片机连接的应用电路原理图，用C语言语言编程实现编程实现18B20的温度测量转换并的温度测量转换并1602上显示上显示dangqianwendu：温度值。：温度值。C语言程序见例程语言程序见例程