项目五任务4数字温度计

项目五任务4DS18B20工作原理

一．任务描述介绍数字温度传感器DS18B20的工作原理，了解其内部结构及相关寄存器的使用方法。

二．DS18B20简介数字温度传感器DS18B20作为温度检测元件，硬件电路简单，节省系统成本并提高了系统可靠性。DS18B20主要具有以下特点：（1）采用单总线（1-wirebus）通信方式，仅需一条口线即可实现与单片机进行数据传输；（2）具有3引脚小体积封装方式，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；（3）测温范围为－550C～＋1250C；（4）电源供电范围为3.0～5.5V；（5）可编程为9～12位数字量输出（自带模数转换ADC）；（6）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温；（7）在每个DS18B20器件都有独一无二的序列号。表7-1

DS18B20详细引脚功能描述

三.DS18B20内部结构

1.引脚功能DS18B20为三引脚元件，外形同普通三极管，见右图，引脚功能详见表。

序号名称引脚功能描述1GND电源地2DQ为数据（数字信号）输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源；3VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时此引脚必须接地）（1）64位ROM的位结构如下表所示。开始8位为产品类型编号，接着是每个器件的惟一序号，共有48位，最后8位是前面56位的CRC验证码。非易失性温度报警触发器TH与TL，可通过软件写入报警上下限。8位检验CRC48位序列号8位工厂代码（10H）MSBLSBMSBLSBMSBLSB2.DS18B20内部结构DS18B20主要由64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、及配置寄存器等组成。（2）9字节高速缓存存储器，结构如表7-2所示。寄存器内容字节地址温度LSB0温度MSB1TH用户字节12TL用户字节23配置寄存器4保留5保留6保留7表7-2高速缓存存储器结构第1、第2字节为所测温度信息；第3、第4字节为TH与TL的考贝，是易失性的，上电复位时被刷新；第5字节为配置寄存器，用于确定温度值的数字分辩率。该字节低5位始终为1，各位具体定义如下：TMR1R011111TM:测试模式位，该位已被设置为0R1、R0：分辩率设置位，即温度转换的精度位数R1R0分辩率/位温度最大转换时间/ms步进单位00993.750.5℃／LSB0010187.50.25℃／LSB10113750.125℃／LSB11127500.0625℃／LSB表7-3DS18B20分辩率设置DS18B20温度转换时间与分辩率有关，分辩率愈高，转换时间愈长。高速缓存第6、7、8字节保留未用；第9字节读出前面所有8字节的CRC码，用来校验通信数据的正确性。（3）温度数据值格式。DS18B20接收到温度转换命令后，启动温度转换，并将转换后的温度值以16位带符号二进制补码形式存储在高速缓存存储器的每1、2字节.单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式以0.0625℃／LSB形式表示。232221202-12-22-32-4LS字节

SSSSS262524其中“S”为符号标志位：当符号位S=0时，表示测得温度值为正，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，表示测得温度值为负,先将补码变换为原码，再计算十进制值。表7-4为部分温度值与二进制温度数据的对应关系。MS字节图7-3温度数据值格式表7-4DS18B20温度与二进制温度数据对应关系7418温度/℃二进制表示十六进制表示+125000001111101000007D0H+8500000101010100000550H+25.062500000001100100010191H+10.125000000001010001000A2H+0.500000000000010000008H000000000000000000000H-0.51111111111111000FFF8H-10.1251111111101011110FF5EH-25.06251111111001101111FE6FH-551111110010010000FC90HDSI8B20完成温度转换后，就把测得的温度值与TH、TL做比较，若T>TH或T<TL，则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的告警搜索命令做出响应。四、DSl8B20工作命令工作时，DS18B20主机（单片机）可以使用各种命令对DSI8B20进行操作。操作过程为:初始化DS18B20、发ROM功能命令、发存储器操作命令。1．读ROM[33H]这个命令允许总线控制器读到DS18B20的8位系列编码、唯一的序列号和8位CRC码。只有在总线上存在单只DS18B20的时候才能使用这个命令。2．匹配ROM[55H]这个是匹配ROM命令，后跟64位ROM序列，让总线控制器在多点总线上定位一只特定的DS18B20。只有和64位ROM序列完全匹配的DS18B20才能响应随后的存储器操作。3．跳过ROM[0CCH]这条命令允许总线控制器不用提供64位ROM编码就使用存储器操作命令，在单点总线情况下，可以节省时间。4．搜索ROM[0F0H]当一个系统初次启动时，总线控制器可能并不知道单线总线上有多少器件或它们的64位ROM编码。搜索ROM命令允许总线控制器用排除法识别总线上的所有从机的64位编码。5．报警搜索[0ECH]这条命令的流程和SearchROM相同。然而，只有在最近一次测温后遇到符合报警条件的情况，DS18B20才会响应这条命令。报警条件定义为温度高于TH或低于TL。6．写暂存存储器[4EH]这个命令向DS18B20的暂存器TH和TL中写入数据。可以在任何时刻发出复位命令来中止写入。7．写暂存存储器[0BEH]这个命令读取暂存器的内容。读取将从第1个字节开始，一直进行下去，直到第9（CRC）字节读完。如果不想读完所有字节，控制器可以在任何时间发出复位命令来中止读取。

8．拷贝暂存存储器[48H]这个命令把暂存器的内容拷贝到DS18B20的E2ROM存储器里，即把温度报警触发字节存入非易失性存储器里。如果总线控制器在这条命令之后跟着发出读时间隙，而DS18B20又忙于把暂存器拷贝到E2存储器，DS18B20就会输出一个0，如果拷贝结束的话，DS18B20则输出1。9．温度转换[44H]这条命令启动一次温度转换而无需其它数据。温度转换命令被执行，而后DS18B20保持等待状态。如果总线控制器在这条命令之后跟着发出时间隙，而DS18B20又忙于做温度转换的话，DS18B20将在总线上输出0，若温度转换完成，则输出1。10．重新调出[0B8H]这条命令把报警触发器里的值拷贝回暂存器。这种拷贝操作在DS18B20上电时自动执行，这样器件一上电暂存器里马上就存在有效的数据了。若在这条命令发出之后发出读数据隙，器件会输出温度转换忙的标识：0为忙，1为完成。11．读电源[0B4H]

五、DSl8B20工作时序作为单总线器件，DSl8B20与单片机间采用串行数据传输方式，要求按照严格的时隙进行操作。主机使用时间隙来读写DSl8B20的数据位和写命令字的位（在此所有程序均采用12M晶振），单片机P3.7引脚接DSl8B20数据线。1．初始化DS18B20对DSl8B20操作时首先要进行初始化：单片机发出复位脉冲，DSl8B20以存在脉冲响应。当DSl8B20发出存在脉冲对复位脉冲响应时，表明该器件已在总线上并作好操作准备。初始化时序见图7-4。主机总线to时刻发送一复位脉冲(最短为480us的低电平信号)，接着在tl时刻释放总线并进入接收状态。DSl8B20在检测到总线的上升沿之后等待15-60us接着DS18B20在t2时刻发出存在脉冲(低电平持续60-240us)如图中虚线所示。DS18B20工作时序DS18B20初始化子程序如下：Init_DS18B20() //传感器初始化{ ucharx=0; DATA=1; //DQ复位

delay(10); //稍做延时

DATA=0; //单片机将DQ拉低

delay(80); //精确延时大于480us//450 DATA=1; //拉高总线

delay(20); x=DATA;//稍做延时后如果x=0则初始化成功x=1则初始化失败

delay(30);}2.写DS18B20DSl8B20有两种类型的写时序：写0时序（图7-5）和写1时序（图7-6）。当主机总线to时刻从高拉至低电平时就产生写时间隙。从to时刻开始15us之内应将所需写的位送到总线上，DSl8B20在t0后15-60us间对总线采样,若为低电平，则写入的位是0，见图7-5；若为高电平，则写入的位是1，见图7-6。连续写2位间的间隙应大于1us。图7-5写0时序图7-6写1时序写DS18B20一个字节子程序WriteOneChar(unsignedchardat){ uchari=0; for(i=8;i>0;i--) { DATA=0; DATA=dat&0x01; delay(10); DATA=1; dat>>=1; } delay(8);}3.读DS18B20当单片机发出读时序时，DS18B20可发送数据到单片机。所有读时序必须持续60us以上，每个时序之间发须有至少1us的恢复时间。图7-7中，主机在to时刻将总线从高电平拉至低电平时，至少在1us后t1时刻将总线拉高，产生读时间隙，读时间隙在t1时刻后到t2时刻前有效。T2距to为15us。也就是说t2时刻前主机必须完成读位，并在to后的60us一120us内释放总线。图7-7DS18B20读时序

基础篇;读DS18B20一个字节子程序，ReadOneChar(void){ uchari=0; uchardat=0; for(i=8;i>0;i--) {DATA=0; //给脉冲信号

dat>>=1; DATA=1; //给脉冲信号

if(DATA) dat|=0x80; delay(8); } return(dat);}基础篇

一．任务描述利用单片机89S51与DS18B20设计一数字温度计，测温范围－55～125OC，显示精度为0.1OC。采用4位LED数码管显示温度，一位小数、三位整数。正温度时，最高位显示百位温度或不显示，负温度时最高位显示符号“－”。系统采用12M晶振。

二、硬件电路设计硬件电路见图7-8所示。DS18B20数据端接至单片机P3.7引脚，采用四位数码管显示温度值（3位整数，一位小数）。

三、软件设计系统程序主要包括主程序、温度转换子程序、温度BCD码转换子程序、显示缓冲区刷新子程序、显示子程序等。

1．主程序主程序的主要功能是进行温度转换、温度BCD码转换、显示缓冲区刷新及温度显示等，见流程图图7-92.温度读取子程序该子程序的功能是启动DS18B20温度转换，并将DS18B20RAM中的前两个字节温度数据读入单片机指定存储单元中。其流程图见图7-10。

数字温度计设计（一）基础篇3.温度BCD码转换子程序该子程序的功能是判别所测温度的正负值，并将其小数及整数部分分别转换成BCD码，再存入单片机指定的温度存储单元中。表7-5小数部分二进制和十进制的近似对应关系表二进制值0123456789ABCDEF十进制值00112334556678894.显示缓冲区刷新子程序该子程序将压缩BCD码温度数据拆分后装入显示缓冲区70H—73H中。基础篇四、源程序清单应用程序清单如下（程序仅供参考）：/***********************************************************程序描述：温度超过35度，继电器吸合P0端驱动共阳七段数码管，P2端接共阳数码管的公共端***********************************************************/#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitDATA=P3^7;//DS18B20接入口ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};charbai,shi,ge;//定义变量

数字温度计设计（二）基础篇/********延时子函数***********/voiddelay(uintn){ while(n--);//uinti;for(i=0;i<n;i++);}/*************DS18b20温度传感器函数*********************/Init_DS18B20(void) //传感器初始化{ ucharx=0; DATA=1; //DQ复位

delay(10); //稍做延时

DATA=0; //单片机将DQ拉低

delay(80); //精确延时大于480us//450 DATA=1; //拉高总线

delay(20); x=DATA; //稍做延时后如果x=0则初始化成功x=1则初始化失败

delay(30);}基础篇/****读一个字节******/ReadOneChar(void){ uchari=0; uchardat=0; for(i=8;i>0;i--) DATA=0; //给脉冲信号

dat>>=1; DATA=1; //给脉冲信号

if(DATA) dat|=0x80; delay(8); } return(dat);}基础篇/*****8写一个字节*****/WriteOneChar(unsignedchardat){

uchari=0; for(i=8;i>0;i--) { DATA=0; DATA=dat&0x01; delay(10); DATA=1;

dat>>=1; } delay(8);}/*******读取温度*******/intReadTemperature(void){ uchara=0; ucharb=0; intt=0; floattt=0; Init_DS18B20(); WriteOneChar(0x