DS18B20傳感器溫度設(shè)計

1、 傳感器課程設(shè)計與制作說明書設(shè)計題目：DS18B20數(shù)字溫度計的設(shè)計專業(yè)班級： * 組 員： * 組 員： * 組 員： * 指導教師： * 2012年 11 月 20 日 一、設(shè)計方案較 方案一：由于本設(shè)計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件，將隨被測溫度變化的電壓或電流采樣，進行A/D轉(zhuǎn)換后就可以用單片機進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)溫度顯示。這種設(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，增大了電路的復雜性，而且要做到高精度也比較困難。方案二：考慮到在單片機屬于數(shù)字系統(tǒng)，容易想到數(shù)字溫度傳感器，可選用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，此傳感器為單總線數(shù)字溫度傳感器，起體積小、構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，它可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串

2、行數(shù)字信號給單片機處理，即可實現(xiàn)溫度顯示。另外DS18B20具有3引腳的小體積封裝，測溫范圍為-55+125攝氏度，測溫分辨率可達0.0625攝氏度，其測量范圍與精度都能符合設(shè)計要求。 以上兩種方案相比較，第二種方案的電路、軟件設(shè)計更簡單，此方案設(shè)計的系統(tǒng)在功耗、測量精度、范圍等方面都能很好地達到要求，故本設(shè)計采用方案二。二、 設(shè)計原理2.1.1芯片介紹AT89C51是一種低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，它自帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory），俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存

3、儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃存存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C52是一種高效微控制器。AT89C系列單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。它的部分引腳功能介紹如下。 AT89C52單片機的外形及引腳排列如上圖：2.1.2 DS18B20簡介 DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20簡介新的“一線器件”體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟 Dallas 半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳

4、感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。DS18B20、 DS1822 “一線總線”數(shù)字化溫度傳感器 同DS1820一樣，DS18B20也支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 -55°C+125°C，在-10+85°C范圍內(nèi),精度為±0.5°C。DS1822的精度較差為± 2°C ?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V5.5V

5、的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。 DS18B20、 DS1822 的特性 DS18B20可以程序設(shè)定912位的分辨率，精度為±0.5°C?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價格比也非常出色！ DS1822與 DS18B20軟件兼容，是DS18B20的簡化版本。省略了存儲用戶定義報警溫度、分辨率參數(shù)的EEPROM，精度降低為±2°C，適用于對性能要求不高，成本控制嚴格的應(yīng)用，是經(jīng)濟型產(chǎn)品。 繼“一線總

6、線”的早期產(chǎn)品后，DS1820開辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念。DS18B20和DS1822使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟的測溫系統(tǒng)。 DS18B20中的溫度傳感器對溫度的測量 DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達，其中S為符號位。這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘

7、于0.0625即可得到實際溫度。DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如下:DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。1) 64位的ROM 光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作

8、用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。2) DS18B20溫度傳感器的存儲器DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2RAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。 暫存存儲器包含了8個連續(xù)字節(jié)，前兩個字節(jié)是測得的溫度信息，第一個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個字節(jié)是溫度的高八位。第三個和第四個字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復位時被刷新。第六、七、八個字節(jié)用于內(nèi)部計算。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。DS18B20的時序 由

9、于DS18B20采用的是單總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對89C51單片機來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。 由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。DS18B20有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。

10、數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。DS18B20的復位時序DS18B20的讀時序?qū)τ贒S18B20的讀時序分為讀0時序和讀1時序兩個過程。對于DS18B20的讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在15秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20在完成一個讀時序過程，至少需要60us才能完成。DS18B20的寫時序?qū)τ贒S18B20的寫時序仍然分為寫0時序和寫1時序兩個過程。對于DS18B20寫0時序和寫1時序的要求不同，當要寫0時序時，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣IO總線上的“0”電平，當要寫1時序時，單總線被

11、拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線。DS1820使用中注意事項 DS1820雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： 1) 較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS1820進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級語言進行系統(tǒng)程序設(shè)計時，對DS1820操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。 2) 在DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS1820，在實際應(yīng)用中并非如此。當單

12、總線上所掛DS1820超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。 3) 連接DS1820的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用DS1820進行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 4) 在DS1820測溫程序設(shè)計中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的

13、返回信號，一旦某個DS1820接觸不好或斷線，當程序讀該DS1820時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS1820硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予一定的重視。2. 1.3 LED顯示模塊本課題的LED顯示模塊是由一個四聯(lián)共陰七段數(shù)碼管組成。七段數(shù)碼管是由若干發(fā)光二極管組合而成的，一般的“8”字形顯示塊由“a、b、c、d、e、f、g、h”8發(fā)光二極管組成。四個七段數(shù)碼管分別與P0口相連，通過對單片機輸入程序達到控制顯示輸出的目的。四個七段數(shù)碼管由單片機的P1.0P1.3控制亮滅，P1.0P1.3分別對應(yīng)S1S3,當P1.0P1.3其中之一置低電平，對應(yīng)的三級管導通，段碼管亮，置高電平，

14、對應(yīng)的三級管截止，段碼管滅。2.2.1系統(tǒng)框架設(shè)計如下圖所示：溫度測量模塊LED顯示模塊 控 制 器 模 塊電源模塊溫度測量模塊我們采用DS18B201.下圖為溫度測量的原理圖：2.2.2 控制器模塊本課題的控制器模塊式采用AT89C51單片機作為MCU，如圖AT89C51。AT89C51的 P0.0P0.7作為四聯(lián)七段數(shù)碼管總線； P1.0P1.3控制四個七段數(shù)碼管的亮滅。實物圖2.3.1程序的調(diào)試#include<at89x51.h>#include<intrins.h> /_nop_();延時函數(shù)用 #define a P0 /段碼輸出口 #define ucha

15、r unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P32; /溫度輸入口 sbit s0=P10; /數(shù)碼管1sbit s1=P11; /數(shù)碼管2sbit s2=P12; /數(shù)碼管3sbit s3=P13; /數(shù)碼管4int temp1=0; /顯示當前溫度和設(shè)置溫度的標志位為0時顯示當前溫度 uint h; uint temp; uchar r; uchar high=35,low=20; /*溫度小數(shù)部分用查表法*/ Uchar code ditab16=0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,

16、0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09; /小數(shù)斷碼表 uchar code table_a12=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40; /共陰LED段碼表 "0" "1" "2" "3" "4" "5" "6" "7" "8" "9""不亮""-"

17、; uchar table_a1=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef; /個位帶小數(shù)點的斷碼表 uchar data temp_data2=0x00,0x00; /讀出溫度暫放 uchar data display5=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00; /顯示單元數(shù)據(jù)，共4個數(shù)據(jù)和一個運算暫用 /*11us延時函數(shù)*/ void delay(uint t) for( ;t>0;t-); void scan() int j ; for(j=0;j<4;j+) switch(j) case 0: a=tab

18、le_adisplay0;s0=0;delay(50);s0=1;/小數(shù) case 1: a=table_a1display1;s1=0;delay(50);s1=1;/個位 case 2: a=table_adisplay2;s2=0;delay(50);s2=1;/十位 case 3: a=table_adisplay3;s3=0;delay(50);s3=1;/百位 /*DS18B20復位函數(shù)*/ ow_reset(void) har presence=1; while(presence) while(presence) DQ=1;_nop_();_nop_();/從高拉倒低 DQ=0;

19、 delay(50); /550us DQ=1; delay(6); /66us presence=DQ; /presence=0 復位成功,繼續(xù)下一步 delay(45); /延時500us presence=DQ; DQ=1; /拉高電平 /*DS18B20寫命令函數(shù)*/ /向1-WIRE 總線上寫1個字節(jié) void write_byte(uchar val) uchar i; for(i=8;i>0;i-) DQ=1;_nop_();_nop_(); /從高拉倒低 DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /5us DQ=val&0x01;

20、 /最低位移出 delay(6); /66us val=val/2; / 右移1 位 DQ=1; delay(1); /*DS18B20讀1字節(jié)函數(shù)*/ / 1 從總線上取 個字節(jié) uchar read_byte(void) uchar i; uchar value=0; for(i=8;i>0;i-) DQ=1;_nop_();_nop_(); value>>=1; DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4us DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4us if(DQ)value|=0x80;

21、delay(6); /66us DQ=1; return(value); /*讀出溫度函數(shù)*/ read_temp() ow_reset(); /總線復位 delay(200); write_byte(0xcc); /發(fā)命令 write_byte(0x44); /發(fā)轉(zhuǎn)換命令 ow_reset(); delay(1); write_byte(0xcc); /發(fā)命令 write_byte(0xbe); temp_data0=read_byte(); / 讀溫度值的第字節(jié) temp_data1=read_byte(); /讀溫度值的高字節(jié) temp=temp_data1; temp<<=

22、8; temp=temp|temp_data0; / 兩字節(jié)合成一個整型變量。 return temp; /返回溫度值 /*溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù)*/ /二進制高字節(jié)的低半字節(jié)和低字節(jié)的高半字節(jié)組成一字節(jié),這個 /字節(jié)的二進制轉(zhuǎn)換為十進制后就是溫度值的百、十、個位值而剩, , /下的低字節(jié)的低半字節(jié)轉(zhuǎn)化成十進制后,就是溫度值的小數(shù)部分 /*/ work_temp(uint tem) uchar n=0; if(tem>6348) / 溫度值正負判斷 tem=65536-tem;n=1; / 負溫度求補碼,標志位置1 display4=tem&0x0f; / 取小數(shù)部分的值 displa

23、y0=ditabdisplay4; / 存入小數(shù)部分顯示值 display4=tem>>4; / 取中間八位,即整數(shù)部分的值 display3=display4/100; / 取百位數(shù)據(jù)暫存 display1=display4%100; / 取后兩位數(shù)據(jù)暫存 display2=display1/10; / 取十位數(shù)據(jù)暫存 display1=display1%10; /個位數(shù)據(jù) r=display1+display2*10+display3*100; /正負顯示判斷/ if(!display3) display3=0x0a; /最高位為0時不顯示 if(!display2) disp

24、lay2=0x0a; /次高位為0時不顯示 if(n)display3=0x0b; /負溫度時最高位顯示"-" /*設(shè)置溫度顯示轉(zhuǎn)換*/ void xs(int horl) int n=0; if(horl>128) horl=256-horl;n=1; display3=horl/100; display3=display3&0x0f; display2=horl%100/10; display1=horl%10; display0=0; if(!display3) display3=0x0a; /最高位為0時不顯示 if(!display2) displa

25、y2=0x0a; /次高位為0時不顯示 if(n) display3=0x0b;/負溫度時最高位顯示"-" /*主函數(shù)*/ void main() a=0x00; /初始化端口 s0=0; s1=0; s2=0; s3=0; for(h=0;h<4;h+) /開機顯示"0000" displayh=0; ow_reset(); /開機先轉(zhuǎn)換一次 write_byte(0xcc); /SkipROM write_byte(0x44); /發(fā)轉(zhuǎn)換命令 for(h=0;h<100;h+) /開機顯示"0000" scan(); while(1) if(temp1=0) work_temp(read_temp(); /處理溫度數(shù)據(jù) scan(); /顯示溫度值 /*結(jié)束*/三、調(diào)試小結(jié)3.1系統(tǒng)的調(diào)試1. 使用專業(yè)軟件進行電路圖的繪制2. 在繪圖完成