溫度傳感器3資料

1、小型嵌入式綜合電子系統(tǒng)開(kāi)發(fā)(kif)與設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(shj) 與集成共六十九頁(yè)教學(xué)(jio xu)過(guò)程4單線(xiàn)數(shù)字溫度計(jì)DSl8B20介紹一DS18B20工作過(guò)程及時(shí)序二在LCD1602上顯示溫度采集數(shù)據(jù)三共六十九頁(yè) 一、 單線(xiàn)(dnxin)數(shù)字溫度計(jì)DSl8B20介紹 共六十九頁(yè)1、ds18b20概述(i sh) 美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是 “一線(xiàn)總線(xiàn)”接口的溫度傳感器。全部(qunb)傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。共六十九頁(yè)DS18B20 測(cè)量溫度范圍-55+125，在-10+85范圍內(nèi)，精度為0.5?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線(xiàn)總線(xiàn)”的數(shù)字方

2、式傳輸，使用戶(hù)可以輕松的組建(z jin)傳感器網(wǎng)絡(luò)，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(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)品等。共六十九頁(yè)2、溫度傳感器外部(wib)特征圖3-1 DS18B20 外觀(guān)(wigun)及管腳圖共六十九頁(yè)從圖3-1可以看出：DS18B20有三個(gè)管腳，分別為接地GND、電源Vdd、數(shù)據(jù)輸入/輸出DQ。DS18B20測(cè)得的溫度(wnd)值是通過(guò)DQ端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，這也就是“一線(xiàn)總線(xiàn)”的數(shù)字方式傳輸。共六十九頁(yè)3、Ds18b20 電路(dinl)接法圖3-2 DS18B20 供電(n din)方式共六十九頁(yè)如圖3-2所示，每只DS18B

3、20都可以設(shè)置成兩種供電方式(fngsh)，即數(shù)據(jù)總線(xiàn)供電方式(fngsh)和外部供電方式(fngsh)。采取數(shù)據(jù)總線(xiàn)供電方式可以節(jié)省一根導(dǎo)線(xiàn)，但完成溫度測(cè)量的時(shí)間較長(zhǎng)；采取外部供電方式，則多用一根導(dǎo)線(xiàn)但測(cè)量速度較快。共六十九頁(yè)任務(wù)1 焊接DS18B20相關(guān)(xinggun)電路共六十九頁(yè)4、ds18b20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)四部分構(gòu)成：電源模塊、64位ROM和單總線(xiàn)接口、控制(kngzh)模塊和存儲(chǔ)器模塊共六十九頁(yè)4、ds18b20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)Ds18b20 的內(nèi)部(nib)存儲(chǔ)資源分布如下：共六十九頁(yè)在芯片內(nèi)部光刻了一個(gè)長(zhǎng)度為64bit的ROM，這個(gè)編碼是器件的身份識(shí)別標(biāo)志?？捎糜诙帱c(diǎn)溫度控制系統(tǒng)(k

4、n zh x tn)。如下圖，其中 MSB為最高有效位，LSB為最低有效位ROM共六十九頁(yè)序號(hào)高速存儲(chǔ)器RAM0溫度值低位1溫度值高位2高溫報(bào)警寄存器3低溫報(bào)警寄存器4配置寄存器5保留6保留7保留8CRC校驗(yàn)字節(jié)RAM共六十九頁(yè)RAM由9個(gè)字節(jié)組成，包含8個(gè)連續(xù)字節(jié)；前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息，第0個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第一個(gè)字節(jié)是溫度的高八位。輸出時(shí)先低8位，再高8位。第二個(gè)和第三個(gè)是溫度高限TH、溫度低限TL暫存區(qū)；第四個(gè)字節(jié)是配置寄存器暫存區(qū)，第5、6、7字節(jié)是系統(tǒng)保留(boli)，就相當(dāng)于運(yùn)算內(nèi)存。第8個(gè)字節(jié)對(duì)前面的字節(jié)進(jìn)行校驗(yàn)共六十九頁(yè) 以12位精度(jn d)為例最高位為符號(hào)

5、位。正溫度S=0，負(fù)溫度S=1，存放的是補(bǔ)碼。因此當(dāng)測(cè)得的溫度是負(fù)數(shù)時(shí)，應(yīng)作補(bǔ)碼到原碼的轉(zhuǎn)換才能得到相應(yīng)的負(fù)溫度值。其他(qt)依此類(lèi)推從溫度RAM中讀出數(shù)據(jù)后要作右移4位即除以16或乘0.0625（2-4）才可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1（或減1取反）再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。傳感器內(nèi)部溫度表示？共六十九頁(yè)傳感器內(nèi)部溫度(wnd)表示？如DS18B20用12位存貯溫值度，最高位為符號(hào)(fho)位。負(fù)溫度S=1正溫度S=0如0550H為+850191H為25.0625 FC90H為-55 共六十九頁(yè)報(bào)警(bo jng)值高、低限 在RAM的第2、3、4字節(jié)和E

6、EPROM的三個(gè)字節(jié)是對(duì)應(yīng)的，內(nèi)容是相同的，只是RAM因?yàn)槭菚捍嫫?，失電后?shù)據(jù)就丟失了。EEPROM是電擦除只讀存儲(chǔ)器，失電后數(shù)據(jù)不丟失。 在工作時(shí)得到復(fù)位命令后就從EEPROM復(fù)制一份數(shù)據(jù)到RAM的第2、3、4字節(jié)內(nèi)，作為我們進(jìn)行(jnxng)報(bào)警搜索、改寫(xiě)報(bào)警值和改寫(xiě)器件設(shè)置用，我們從外部只能對(duì)RAM進(jìn)行操作，EEPROM只能從RAM復(fù)制而得到要保存的數(shù)據(jù)。共六十九頁(yè)配置(pizh)寄存器第4字節(jié)的配置寄存器是用來(lái)設(shè)置DS18B20的工作模式(msh)和測(cè)量精度的，其內(nèi)容如下圖：低五位一直都是“1”，TM是測(cè)試模式位，出廠(chǎng)時(shí)被設(shè)置為0，用戶(hù)不要去改動(dòng)。共六十九頁(yè)配置(pizh)寄存器R1R

7、0分辨率轉(zhuǎn)換時(shí)間00993ms0110187ms1011375ms1112750msR1和R0用來(lái)設(shè)置(shzh)分辨率，（DS18B20出廠(chǎng)時(shí)被設(shè)置為12位），改動(dòng)后，需要保存這種設(shè)置時(shí)，要用一條復(fù)制命令復(fù)制到EPROM中共六十九頁(yè)EEPROM只有三個(gè)字節(jié)，和RAM的第2、3、4字節(jié)的內(nèi)容相對(duì)應(yīng)，它的作用就是(jish)存儲(chǔ)RAM第2、3、4字節(jié)的內(nèi)容，以使這些數(shù)據(jù)在掉電后不丟失。EEPROM：共六十九頁(yè)5、DS18B20操作(cozu)指令DS18B20 指令(zhlng)分為2種：對(duì)ROM 操作對(duì)RAM操作共六十九頁(yè)如何向芯片寫(xiě)入下列(xili)命令呢？共六十九頁(yè)RAM指令(zhlng)

8、又是如何寫(xiě)入呢？共六十九頁(yè)6、如何實(shí)現(xiàn)(shxin)一次簡(jiǎn)單的溫度轉(zhuǎn)換功能？根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)(zhj)（單片機(jī)）控制DS18B20完成一次操作經(jīng)過(guò)以下步驟：首先要對(duì)DS18B20進(jìn)行初始化操作跳過(guò)ROM 啟動(dòng)芯片進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換功能單片機(jī)對(duì)芯片ROM寫(xiě)入指令0CCH單片機(jī)對(duì)RAM寫(xiě)入命令44H,芯片開(kāi)始進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換釋放總線(xiàn)至少一秒1s內(nèi)芯片課完成溫度轉(zhuǎn)換工作。執(zhí)行過(guò)程與芯片工作時(shí)序相對(duì)應(yīng)共六十九頁(yè)如何對(duì)ROM、RAM區(qū)域(qy)寫(xiě)入指令呢？如何讀取DS18B20采集的溫度值呢？共六十九頁(yè)二、DSl820工作(gngzu)過(guò)程及時(shí)序共六十九頁(yè) DS18B20是單總線(xiàn)器件，通訊協(xié)議包

9、括幾種單線(xiàn)信號(hào)類(lèi)型(lixng)：復(fù)位脈沖、存在脈沖、寫(xiě)0、寫(xiě)1、讀0、讀1。所有這些信號(hào)，除存在脈沖外，其余都是由總線(xiàn)控制器（單片機(jī)）發(fā)出的。共六十九頁(yè)1、對(duì)DS18B20進(jìn)行(jnxng)初始化復(fù)位操作圖3-2 初始化時(shí)序(sh x)共六十九頁(yè)對(duì)DS18B20進(jìn)行初始化復(fù)位(f wi)操作從圖3-2，/讓DS18B20一段相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間低電平, 然后一段相對(duì)非常短時(shí)間高電平, 即可啟動(dòng)(qdng)可以看出從t0t1時(shí)刻開(kāi)始，低電平持續(xù)480s，這是復(fù)位秒沖。 對(duì)應(yīng)指令： t1時(shí)刻釋放總線(xiàn)進(jìn)入到接收狀態(tài)DQ=0;delay_nus(600)；DQ=1共六十九頁(yè)對(duì)DS18B20進(jìn)行(jnxng)初

10、始化復(fù)位操作DS18B20在檢測(cè)到t1時(shí)刻的上升沿之后，等待60s，即t1t2時(shí)長(zhǎng)。并在隨后的240微秒時(shí)間內(nèi)對(duì)總線(xiàn)進(jìn)行檢測(cè)，如果有低電平出現(xiàn)說(shuō)明總線(xiàn)上有器件(qjin)已做出應(yīng)答。若無(wú)低電平出現(xiàn)一直都是高電平說(shuō)明總線(xiàn)上無(wú)器件(qjin)應(yīng)答。在圖3-2中為虛線(xiàn)所示。while(DQ) ; /接收到存在脈沖信號(hào)，跳出循環(huán) delay_nus(200);共六十九頁(yè)復(fù)位過(guò)程:要求(yoqi)主機(jī)將數(shù)據(jù)線(xiàn)下拉480960us,然后釋放,ds18b20在總線(xiàn)釋放后1660us內(nèi)發(fā)送一個(gè)存在脈沖,主機(jī)收到此信號(hào)表示復(fù)位成功.共六十九頁(yè)初始化程序(chngx)void ds18b20_reset() DQ

11、 = 1;DQ = 0;/拉低總線(xiàn)delay_nus(600); /精確延時(shí)在480-960usDQ = 1;/總線(xiàn)釋放(shfng)while(DQ); /等待存在脈沖，若為高電平，則一直等待delay_nus(200);共六十九頁(yè)為了完成一次溫度(wnd)轉(zhuǎn)換功能，我們接著需要分別對(duì)ROM、RAM 進(jìn)行讀取操作。以命令44H為例：執(zhí)行一次溫度轉(zhuǎn)換指令，要向RAM內(nèi)寫(xiě)入44H=0100 0100 ，命令芯片開(kāi)始工作。單線(xiàn)型芯片通信屬于串行通信方式，也即是說(shuō)，在一根數(shù)據(jù)線(xiàn)上單片機(jī)根據(jù)時(shí)序向芯片寫(xiě)入0100 0100 這一組二進(jìn)制數(shù)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換功能。共六十九頁(yè)既然我們的指令是轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼進(jìn)行讀

12、寫(xiě)的，那么我只需知道(zh do)如何向芯片寫(xiě)入“0”和“1” 即可實(shí)現(xiàn)所有命令功能。共六十九頁(yè)2、寫(xiě)時(shí)序(sh x)圖(2)寫(xiě)時(shí)間隙(jin x)圖3-4 a為寫(xiě)“0”時(shí)序 b為寫(xiě)“1”時(shí)序ab共六十九頁(yè)共六十九頁(yè)時(shí)序(sh x)圖分析從圖3-4中，可以看出寫(xiě)時(shí)序開(kāi)始時(shí)DQ都為高電平 ，t0時(shí)刻為高電平，此時(shí)(c sh)主機(jī)認(rèn)為開(kāi)始寫(xiě)入數(shù)據(jù)。從t0到t1時(shí)刻，共計(jì)60s，時(shí)間分為2段。第一個(gè)15s之內(nèi)應(yīng)將所需寫(xiě)的位送到總線(xiàn)上。此時(shí)，寫(xiě)入數(shù)據(jù)“0”DQ = 1;DQ = 0; 共六十九頁(yè)DSl8B20在t0后15-60us間對(duì)總線(xiàn)采樣(ci yn)，若低電平寫(xiě)入的位是0，見(jiàn)圖3-4 a；若高電

13、平寫(xiě)入的位是1，見(jiàn)圖3-3 b連續(xù)寫(xiě)2位數(shù)據(jù)，間隙應(yīng)大于1usdelay_nus(60);DQ = 1;_nop_();_nop_(); 共六十九頁(yè)寫(xiě)0void ds18b20_write_bit0() DQ = 1;DQ = 0; /開(kāi)始寫(xiě)時(shí)間(shjin)片delay_nus(60); /精確延時(shí)在60-120usDQ = 1;_nop_();_nop_(); /為下一次寫(xiě)做準(zhǔn)備共六十九頁(yè)任務(wù)(rn wu)2 KEIL中編寫(xiě)寫(xiě)“0”程序 編寫(xiě)寫(xiě)“1”程序共六十九頁(yè)程序(chngx)編寫(xiě)void ds18b20_write_bit1() DQ = 1;DQ = 0; /開(kāi)始寫(xiě)時(shí)間片_nop_

14、();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();DQ = 1; /釋放(shfng)總線(xiàn)delay_nus(60);共六十九頁(yè)寫(xiě)時(shí)序(sh x)總結(jié) 寫(xiě)周期最少為60微秒，最長(zhǎng)不超過(guò)120微秒。寫(xiě)周期一開(kāi)始做為主機(jī)先把總線(xiàn)拉低1微秒表示寫(xiě)周期開(kāi)始。隨后若主機(jī)想寫(xiě)0，則繼續(xù)拉低電平最少60微秒直至寫(xiě)周期結(jié)束(jish)，然后釋放總線(xiàn)為高電平。 若主機(jī)想寫(xiě)1，在一開(kāi)始拉低總線(xiàn)電平1微秒后就釋放總線(xiàn)為高電平，一直到寫(xiě)周期結(jié)束。而做為從機(jī)的DS18B20則在檢測(cè)到總線(xiàn)被拉底后等待15微秒然后從15us到45us開(kāi)始對(duì)總線(xiàn)采樣，在采樣期內(nèi)總線(xiàn)為高電平則為1，若采樣期內(nèi)總線(xiàn)為低電平則

15、為0。共六十九頁(yè)3.讀時(shí)序(sh x)共六十九頁(yè)讀時(shí)序(sh x)讀時(shí)間隙(jin x)圖3-4 讀時(shí)序圖共六十九頁(yè)讀時(shí)隙是從主機(jī)把單總線(xiàn)拉低之后，在1微秒之后就得釋放單總線(xiàn)為高電平，讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€(xiàn)上。DS18B20在檢測(cè)到總線(xiàn)被拉低1微秒后，便開(kāi)始送出數(shù)據(jù)，若是要送出0就把總線(xiàn)拉為低電平直到(zhdo)讀周期結(jié)束。若要送出1則釋放總線(xiàn)為高電平。共六十九頁(yè)bit ds18b20_read_bit() bit temp;DQ = 1;DQ = 0; /開(kāi)始(kish)讀時(shí)間片_nop_();_nop_();_nop_();DQ = 1; 共六十九頁(yè) _nop_();_nop_

16、();_nop_();temp = DQ; /主機(jī)開(kāi)始(kish)采樣delay_nus(60);return temp;共六十九頁(yè)任務(wù)(rn wu)3KEIL中編寫(xiě)讀位（“0”、“1”）程序共六十九頁(yè)弄清了如何復(fù)位，如何寫(xiě)1寫(xiě)0和讀1讀0，我們現(xiàn)在就要看看在總線(xiàn)上如何進(jìn)行實(shí)際的運(yùn)用。請(qǐng)同學(xué)們自行編寫(xiě)函數(shù)(hnsh)，如何寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)？共六十九頁(yè)4.寫(xiě)字節(jié)(z ji)最低位為0？向DS18B20寫(xiě)“0”向DS18B20寫(xiě)“1”數(shù)據(jù)右移1位8位數(shù)據(jù)寫(xiě)完？Y N NY共六十九頁(yè)4.寫(xiě)字節(jié)(z ji)void ds18b20_write_byte(unsigned char byte) unsign

17、ed char i,temp;temp = byte;for(i = 0;i = 1;共六十九頁(yè)讀到的數(shù)據(jù)(shj)為1？向存儲(chǔ)(cn ch)來(lái)自DS18B20的變量最高位寫(xiě)“1”數(shù)據(jù)右移1位8位數(shù)據(jù)讀完？ NY讀字節(jié)Y N共六十九頁(yè)讀字節(jié)(z ji)unsigned char ds18b20_read_byte() bit bit_temp;unsigned char i,temp = 0;for(i = 0;i = 1;bit_temp = bs18b20_read_bit();if(bit_temp) temp |= 0 x80; return temp;共六十九頁(yè)任務(wù)(rn wu)4K

18、EIL中編寫(xiě)寫(xiě)字節(jié)、讀字節(jié)程序共六十九頁(yè)首先(shuxin)要對(duì)DS18B20進(jìn)行初始化操作跳過(guò)ROM 啟動(dòng)芯片進(jìn)行溫度(wnd)轉(zhuǎn)換功能單片機(jī)對(duì)芯片ROM寫(xiě)入指令0CCH單片機(jī)對(duì)RAM寫(xiě)入命令44H,芯片開(kāi)始進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換釋放總線(xiàn)至少一秒1s內(nèi)芯片課完成溫度轉(zhuǎn)換工作。執(zhí)行過(guò)程與芯片工作時(shí)序相對(duì)應(yīng)完整的溫度轉(zhuǎn)換過(guò)程共六十九頁(yè)首先(shuxin)要對(duì)DS18B20進(jìn)行初始化操作跳過(guò)ROM 發(fā)送(f sn)命令讀RAM溫度數(shù)據(jù)單片機(jī)對(duì)芯片ROM寫(xiě)入指令0CCH單片機(jī)對(duì)RAM寫(xiě)入命令3EH,芯片開(kāi)始進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換接受來(lái)自DS18B20的兩字節(jié)數(shù)據(jù)讀兩個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)執(zhí)行過(guò)程與芯片工作時(shí)序相對(duì)應(yīng)共六十九頁(yè)至此，

19、一個(gè)完整的溫度(wnd)轉(zhuǎn)換過(guò)程，如下圖所示 ds18b20_reset();ds18b20_write_byte(SKIP_ROM);ds18b20_write_byte(CONVER_T); /開(kāi)始(kish)溫度轉(zhuǎn)換delay_nms(800); /溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間共六十九頁(yè)測(cè)得溫度后存在什么地方？如何讀取到溫度值，處理(chl)讀取到的溫度值，并把它在LCD上顯示？共六十九頁(yè)任務(wù)5KEIL中編寫(xiě)讀溫度(wnd)程序共六十九頁(yè)三、在LCD1602上顯示溫度(wnd)采集數(shù)據(jù)共六十九頁(yè)溫度(wnd)轉(zhuǎn)換過(guò)程2、轉(zhuǎn)換(zhunhun)溫度共六十九頁(yè)2、讀取溫度(wnd)值讀取RAM內(nèi)的溫度(wn

20、d)數(shù)據(jù) ds18b20_reset();ds18b20_write_byte(SKIP_ROM);ds18b20_write_byte(READ_SCRATCHPAD);共六十九頁(yè)五、實(shí)時(shí)(sh sh)溫度采集（讀溫度）程序設(shè)計(jì)初始設(shè)置(shzh)，沒(méi)有，按缺省Ds18b20_read_byte() 2次Ds18b20_write_byte(0 xcc)Ds18b20_reset()Ds18b20_write_byte(0 x44)Ds18b20_reset()Ds18b20_write_byte(0 xcc)Ds18b20_write_byte(0 xbe)Delay_nms(800)Ds18b20_reset()Write_byte(0 xcc)Ds18b20初始化從ds18b20讀溫度定義int型變量wenduzhi放溫度值的高、低8位共16位共六十九頁(yè)2、在LCD上進(jìn)行(jnxng)顯示void main() unsigned char xdata str10; ds18b20_init(); LCM_Init(); while(1) ds18b20_read_temp();sprintf