数字温度计的设计与实现[共8页]

1、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微机实验平台实现数字温度计。二、实验内容与要求采用数字式温度传感器为检测器件，进行单点温度检测。用数码管直接显示温度值，微机系统作为数字温度计的控制系统。基本要求：(1) 检测的温度范围： 0 100，检测分辨率 0.5 。(2) 用 4 位数码管来显示温度值。(3) 超过警戒值（自己定义）要报警提示。提高要求(1) 扩展温度范围。(2) 增加检测点的个数，实现多点温度检测。三、设计报告要求设计目的和内容总体设计硬件设计：原理图（接线图）及简要说明软件设计框图及程序清单设

2、计结果和体会（包括遇到的问题及解决的方法）四、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

3、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。 64 位 ROM结构图如图 2 所示。 不同的器件地址序列号不同。 DS18B20的管脚排列如图 1 所示。图 1 DS18B20引脚分布图8 位检验 CRC 48 位序列号 8 位工厂代码（ 10H）MSB LSB图 2 64 位 ROM结构图

4、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 CRC3 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，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

5、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 2-43. 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 B

6、4H 启动 DS18B20 发送电源供电方式的信号给主 CPU4. 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。a) 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， 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

7、每一个时隙，总线只能传输一位数据。时序图见图 3。b) 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 。c) 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

8、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图 4 读写时序五、硬件电路设计按照系统设计功能的要求， 确

9、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。82 55PC0 DS18B20微机系统显示电路图 5 电路结构框图在硬件上， DS18B20 与单片机的连接有两种方法， 一种是 Vcc 接外部电源， GND 接地，I/O 与单片机的 I/O 线相连；另一种是用寄生电源供电，此时 UDD 、GND 接地，I/O 接单片机 I/O。无论是内部寄生电源还是外部供电， I/O 口线要接 5K 左右的上拉电阻。六、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、 显示数据刷新子程序等等。1主程序主程序的主要功能是负

10、责温度的实时显示、读出并处理 DS18B20 的测量温度值，温度测量每 1s 进行一次，其程序流程图如图 6。初始化调用显示子程序N1S到？YY 初次上电？N读出温度值、温度计算处理、显示数据刷新发温度转换开始命令图 6 主程序流程图2读出温度子程序读出温度子程序的主要功能是读出 RAM 中的 9 字节，在读出时需要进行 CRC 校验，校验有错时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图 7 所示。发DS18B20 复位命令发跳过 ROM 命令发读取温度命令读取操作，CRC校验N9字节完？YCRC校验正 N确？Y移入温度暂存器结束图 7 读出温度子程序流程图3温度转换命令子程序温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用 12 位分辩率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用 1s 显示程序延时法等待转换的完成。温度转换命令子程序流程图如图 8 所示。4计算温度子程序计算温度子程序将 RAM 中读取值进行 BCD 码的转换运算， 并进行温度值正负的判定，其流程图如图 9 所示。发DS18B20 复位命令发跳过 ROM 命令发温度转换开始命令结束图 8 温度转换命令子程序流程图开始N温度零下？Y温度值取补码置“”标志置“”标志计算小数位温度BCD 码计算整数位温度