DS18B20温度采集系统课件

1、设计内容：用单片机、温度传感器等器件实现温度采集设计安排：1.硬件设计。介绍单片机、温度传感器、 显示电路等相关原理与知识； 2.软件设计。 3.用PROTEUS软件对硬件系统进行仿真； 4.两人一组做实物。第1页，共32页。温度采集系统的仿真效果图第2页，共32页。电路元器件名称数量备注时钟振荡电路晶振12MHz130pF电容2控制器STC89C52RC单片机1单片机底座1显示电路0.56寸 4位共阳红色 数码管5461BS 1A09-102J 排阻 1k 1采集电路DS18B20温度传感器1供电电路USB接口1万用板PCB板 10cm*10cm1复位电路10uF电容18.2k电阻1温度采集

2、系统的元器件清单第3页，共32页。相关知识点的介绍：一. 温度传感器DS18B20 1-wire Bus(单总线)数字温度传感器芯片DS18B20是美国Datlas半导体公司（现已并入MAXIM公司）于20世纪90年代新推出的一种串行总线技术。该技术只需要一根信号线（将计算机的地址线、数据线、控制线合为一根信号线）便可完成串行通信。单根信号线，既传输时钟，又传输数据，而且数据传输是双向的，在信号线上可挂上许多测控对象，电源也由这根信号线供给，所以在单片机的低速（约100kbps以下的速率）测控系统中，使用单根总线技术可以简化线路结构，减少硬件开销。 第4页，共32页。NC：空引脚，悬空不用。V

3、DD：可选电源脚，电源电压范围35.5V，当器件工作 在寄生电源时，此引脚必须接地。DQ（4脚）：数据输入输出脚。漏极开路，常态下高电平。GND:电源地 1. 三种封装：（1）采用3引脚TO-92的封装形式（2）采用6引脚TSOC封装形式（3）采用8引脚SOIC封装形式第5页，共32页。DQVDDC2. DS18B20内部结构图 :DS18B20主要有4个数据部分： 64位ROM温度传感器高速缓存器配置寄存器第6页，共32页。（1）. 64位ROM。64位ROM是由厂家用激光刻录一个64位二进制ROM代码，是该芯片的序列号，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开

4、始8位（10H）是产品分类标号；接着的48位序列号是一个大于28110 的十进制数编码；最后8位是前面56位的循环冗余校验码（ ）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20的ROM代码都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 1264位ROM的结构第7页，共32页。(2).温度传感器。 温度传感器是DS18B20的核心部分，该功能部件可完成对温度的测量。通过软件编程可将55125C范围内的温度值按9位、10位、12位的转换精度进行量化，以上的转换精度都包括一个符号位，因此对应的温度量化值分别为0.5C、0.125C、0.0625C，即最高转换精度为0.0625C。 以

5、12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。 DS18B20温度值格式表（高5位为符号位，低12位为二进制数值位） （DS18B20出厂时被设置为12位）第8页，共32页。 转换后得到的12位二进制数据，存储在DS18B20的两个8比特的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，测到的数值需要取反加1（即求补）再乘于0.0625即可得到实际温度。 例如：+125的数字输出为07D0H， +25.0625的数字输出为0191H

6、， -25.0625的数字输出为FF6FH， -55的数字输出为FC90H。 第9页，共32页。 DS18B20温度数据表 第10页，共32页。(3). 高速缓存器 DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度TH、低温度触发器TL和配置寄存器中的信息。 高速暂存器RAM是一个连续8字节的存储器，前两个字节是测得的温度信息，第1个字节的内容是温度的低8位，第2个字节是温度的高8位。第3个和第4个字节是高温触发器TH、低温触发器TL的易失性复制，第5个字节是配置寄存器的易失性复制，以上字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第6、7

7、、8个字节用于暂时保留为1。第11页，共32页。R1R0分辨率温度最大转换时间009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms温度值分辨率设置表(4). 配置寄存器 配置寄存器结构 TMR1R011111 低五位一直都是1 ，TM是测试模式位（出厂时该位 被设置为0，用户不必改动），用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率。第12页，共32页。3. DS18B20的测温原理第13页，共32页。 低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1

8、。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变,所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在- 55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,计数器1的预置将重新被装入,计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正计数器1的预置值。第14页，共32页。系统对DS18B20的操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令

9、发存储器操作命令处理数据4.DS18B20的ROM命令：Read ROM(读ROM）的命令代码为33H Match ROM(匹配 ROM）的命令代码为55HSkip ROM( 跳过ROM）命令代码为CCHSearch ROM(搜速ROM）命令代码为F0HAlarm ROM( 报警搜速ROM）命令代码为ECHWrite Scratchpad( 写暂存器）命令代码为4EHRead Scratchpad( 读暂存器）命令代码为BEHCopy Scratchpad( 复制暂存器）命令代码为48HConvert T( 温度转换）命令代码为44HRead E ( 复制回暂存器）命令代码为B8HRead P

10、ower Supply ( 读电源使用模式）命令代码为B4H2第15页，共32页。二. MCS-51单片机 单片机SCM(Single Chip Microcomputer)，即Microcontroller，是把微型计算机主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。主要包括了微处理器(CPU)、存储器(ROM, RAM)、输入/输出口(I/O口)和定时器/计数器、中断系统等功能部件。单片机自70年代出现以来，已经有了很大的发展，被广泛应用于机械、测量控制、工业自动化、智能接口和智能仪表等许多领域。第16页，共32页。1. MCS-51单片机的引脚图：第17页，共32页。2. MCS-51单

11、片机的内部结构图：第18页，共32页。（2）时钟电路引脚XTAL1和XTAL2XTAL1(18脚)和XTAL2(19脚)：接外部晶体和微调晶体。在89C51中，它们分别是震荡电路反向放大器的输入端和输出端，震荡电路的频率就是晶体固有频率。（1）电源引脚Vcc和VssVcc(40脚)：电源端，+5伏Vss（20脚）：接地端（3）. 控制引脚信号RST,ALE,PSEN和EA RST/VpD(9脚)：RST是复位信号输入端，高电平有效。此引脚的第二功能是VpD，即备用电源的输入端。 ALE/PROG(ADDRESS LATCHENABLE/PROGRAMMING（30脚)：地址锁存允许信号端。上电

12、后，此端不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡频率fosc的1/6。CPU访问片外存储器时，ALE输出信号作为所存低八位地址的控制信号。第19页，共32页。PSEN (PROGRAM STORE ENABLE，29脚)：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引脚接EPROM的OE端。PSEN端有效时，即允许读出EPROM/ROM中的指令代码。EA/Vpp(ENABLE ADDRESS/VOLTAGE PULSE OF RAMMING，31脚)：外部程序存储器地址输入端/固化编程电压输入端。当输入信号EA引脚接高电平时，CPU只访问片内EP

13、ROM/ROM并执行内部程序存储器中的指令，但是当PC超过0FFFH时，将自动转去执行片外程序存储器中的内容。当输入信号EA引脚接低电平时，CPU只访问外部EPROM/ROM并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否具有片内程序存储器。此引脚的第二功能Vpp是对片内EPROM固化编程时，作为施加较高编程电压的输入端。第20页，共32页。（4）. 输入/输出端口P0,P1,P2和P3P0口（P0.0-P0.7,39-32脚）：一个8为准双向I/O端口。当P0口作为输入口使用时，应首先向锁存器（地址80H）写入全1，此时P0口的全部引脚悬空，可作为高阻抗输入。在CPU访问片外存储器时，P0口分时提供

14、低8位地址和8位数据的复位总线。 P0口的地址/数据分时使用分两种情况：一种是用作输出地址/数据总线，另一种是由P0口输入数据。而且P0口作I/O输出时，输出级属开漏电路，必须接上拉电阻，才有高电平输出。P1口、P2口（P1.0-P1.7,1-8脚；P2.0-p2.7,21-28脚）：都是上拉电阻的8位准双向I/O端口。每一位可以驱动4个LS型TTL负载。在访问片外EPROM/ROM时，P2口可以输出高8位地址。P3口（P3.0-P3.7,10-17脚）：P3口是一个带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口。P3每一位都能驱动4个LS型TTL负载。P3口的引脚还具有第二功能。第21页，共32页。P

15、3口线的第二功能入下表所示口 线替代的第二功能P3.0RXD（串行口输入）P3.1TXD（串行口输出）P3.2INT0（外部中断0输入）P3.3INT1（外部中断1输入）P3.4T0（定时器0的外部输入）P3.5T1（定时器1的外部输入）P3.6WR（片外数据存储器“写选通控制”输出）P3.7RD（片外数据存储器“读选通控制”输出）第22页，共32页。3.单片机的晶振电路：第23页，共32页。4.单片机的复位电路：第24页，共32页。三、显示电路hagdbcef第25页，共32页。 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示

16、多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。 1.数码管的分类 第26页，共32页。+Uabcd

17、efg共阴极，需1驱动abcdefg共阳极，需0驱动2. 等效电路：第27页，共32页。3. 字形代码与十六进制数的对应关系字符dpgfedcba段码（共阴）（不带小数点的数字编码）段码（共阴）（带小数点的数字编码）0001111113FHBFH10000011006H86H2010110115BHDBH3010011114FHCFH40110011066HE6H5011011016DHEDH6011111017DHFDH70000011107H87H8011111117FHFFH9011011116FHEFH第28页，共32页。字符dpgfedcba段码（共阳）（不带小数点的数字编码段码（共

18、阳）（带小数点的数字编码）011000000C0H40H111111001F9H79H210100100A4H24H310110000B0H30H41001100199H19H51001001092H12H61000001082H02H711111000F8H78H81000000080H00H91001000090H10H第29页，共32页。 数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如B