DS18B20溫度采集系統(tǒng)課件

1、設(shè)計(jì)內(nèi)容：用單片機(jī)、溫度傳感器等器件實(shí)現(xiàn)溫度采集設(shè)計(jì)安排：1.硬件設(shè)計(jì)。介紹單片機(jī)、溫度傳感器、 顯示電路等相關(guān)原理與知識(shí)； 2.軟件設(shè)計(jì)。 3.用PROTEUS軟件對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行仿真； 4.兩人一組做實(shí)物。第1頁，共32頁。溫度采集系統(tǒng)的仿真效果圖第2頁，共32頁。電路元器件名稱數(shù)量備注時(shí)鐘振蕩電路晶振12MHz130pF電容2控制器STC89C52RC單片機(jī)1單片機(jī)底座1顯示電路0.56寸 4位共陽紅色 數(shù)碼管5461BS 1A09-102J 排阻 1k 1采集電路DS18B20溫度傳感器1供電電路USB接口1萬用板PCB板 10cm*10cm1復(fù)位電路10uF電容18.2k電阻1溫度采集

2、系統(tǒng)的元器件清單第3頁，共32頁。相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的介紹：一. 溫度傳感器DS18B20 1-wire Bus(單總線)數(shù)字溫度傳感器芯片DS18B20是美國Datlas半導(dǎo)體公司（現(xiàn)已并入MAXIM公司）于20世紀(jì)90年代新推出的一種串行總線技術(shù)。該技術(shù)只需要一根信號(hào)線（將計(jì)算機(jī)的地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合為一根信號(hào)線）便可完成串行通信。單根信號(hào)線，既傳輸時(shí)鐘，又傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，在信號(hào)線上可掛上許多測控對(duì)象，電源也由這根信號(hào)線供給，所以在單片機(jī)的低速（約100kbps以下的速率）測控系統(tǒng)中，使用單根總線技術(shù)可以簡化線路結(jié)構(gòu)，減少硬件開銷。 第4頁，共32頁。NC：空引腳，懸空不用。V

3、DD：可選電源腳，電源電壓范圍35.5V，當(dāng)器件工作 在寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。DQ（4腳）：數(shù)據(jù)輸入輸出腳。漏極開路，常態(tài)下高電平。GND:電源地 1. 三種封裝：（1）采用3引腳TO-92的封裝形式（2）采用6引腳TSOC封裝形式（3）采用8引腳SOIC封裝形式第5頁，共32頁。DQVDDC2. DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 :DS18B20主要有4個(gè)數(shù)據(jù)部分： 64位ROM溫度傳感器高速緩存器配置寄存器第6頁，共32頁。（1）. 64位ROM。64位ROM是由廠家用激光刻錄一個(gè)64位二進(jìn)制ROM代碼，是該芯片的序列號(hào)，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開

4、始8位（10H）是產(chǎn)品分類標(biāo)號(hào)；接著的48位序列號(hào)是一個(gè)大于28110 的十進(jìn)制數(shù)編碼；最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ ）。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20的ROM代碼都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。 1264位ROM的結(jié)構(gòu)第7頁，共32頁。(2).溫度傳感器。 溫度傳感器是DS18B20的核心部分，該功能部件可完成對(duì)溫度的測量。通過軟件編程可將55125C范圍內(nèi)的溫度值按9位、10位、12位的轉(zhuǎn)換精度進(jìn)行量化，以上的轉(zhuǎn)換精度都包括一個(gè)符號(hào)位，因此對(duì)應(yīng)的溫度量化值分別為0.5C、0.125C、0.0625C，即最高轉(zhuǎn)換精度為0.0625C。 以

5、12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。 DS18B20溫度值格式表（高5位為符號(hào)位，低12位為二進(jìn)制數(shù)值位） （DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位）第8頁，共32頁。 轉(zhuǎn)換后得到的12位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在DS18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)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(shí)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（即求補(bǔ)）再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。 例如：+125的數(shù)字輸出為07D0H， +25.0625的數(shù)字輸出為0191H

6、， -25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH， -55的數(shù)字輸出為FC90H。 第9頁，共32頁。 DS18B20溫度數(shù)據(jù)表 第10頁，共32頁。(3). 高速緩存器 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放高溫度TH、低溫度觸發(fā)器TL和配置寄存器中的信息。 高速暫存器RAM是一個(gè)連續(xù)8字節(jié)的存儲(chǔ)器，前兩個(gè)字節(jié)是測得的溫度信息，第1個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低8位，第2個(gè)字節(jié)是溫度的高8位。第3個(gè)和第4個(gè)字節(jié)是高溫觸發(fā)器TH、低溫觸發(fā)器TL的易失性復(fù)制，第5個(gè)字節(jié)是配置寄存器的易失性復(fù)制，以上字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第6、7

7、、8個(gè)字節(jié)用于暫時(shí)保留為1。第11頁，共32頁。R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms溫度值分辨率設(shè)置表(4). 配置寄存器 配置寄存器結(jié)構(gòu) TMR1R011111 低五位一直都是1 ，TM是測試模式位（出廠時(shí)該位 被設(shè)置為0，用戶不必改動(dòng)），用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)。R1和R0用來設(shè)置分辨率。第12頁，共32頁。3. DS18B20的測溫原理第13頁，共32頁。 低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小,用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1

8、。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變,所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在- 55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí),溫度寄存器的值將加1,計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入,計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí),停止溫度寄存器值的累加,此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性,其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。第14頁，共32頁。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)ROM功能命令

9、發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)4.DS18B20的ROM命令：Read ROM(讀ROM）的命令代碼為33H Match ROM(匹配 ROM）的命令代碼為55HSkip ROM( 跳過ROM）命令代碼為CCHSearch ROM(搜速ROM）命令代碼為F0HAlarm ROM( 報(bào)警搜速ROM）命令代碼為ECHWrite Scratchpad( 寫暫存器）命令代碼為4EHRead Scratchpad( 讀暫存器）命令代碼為BEHCopy Scratchpad( 復(fù)制暫存器）命令代碼為48HConvert T( 溫度轉(zhuǎn)換）命令代碼為44HRead E ( 復(fù)制回暫存器）命令代碼為B8HRead P

10、ower Supply ( 讀電源使用模式）命令代碼為B4H2第15頁，共32頁。二. MCS-51單片機(jī) 單片機(jī)SCM(Single Chip Microcomputer)，即Microcontroller，是把微型計(jì)算機(jī)主要部分都集成在一個(gè)芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)。主要包括了微處理器(CPU)、存儲(chǔ)器(ROM, RAM)、輸入/輸出口(I/O口)和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能部件。單片機(jī)自70年代出現(xiàn)以來，已經(jīng)有了很大的發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、測量控制、工業(yè)自動(dòng)化、智能接口和智能儀表等許多領(lǐng)域。第16頁，共32頁。1. MCS-51單片機(jī)的引腳圖：第17頁，共32頁。2. MCS-51單

11、片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：第18頁，共32頁。（2）時(shí)鐘電路引腳XTAL1和XTAL2XTAL1(18腳)和XTAL2(19腳)：接外部晶體和微調(diào)晶體。在89C51中，它們分別是震蕩電路反向放大器的輸入端和輸出端，震蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。（1）電源引腳Vcc和VssVcc(40腳)：電源端，+5伏Vss（20腳）：接地端（3）. 控制引腳信號(hào)RST,ALE,PSEN和EA RST/VpD(9腳)：RST是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。此引腳的第二功能是VpD，即備用電源的輸入端。 ALE/PROG(ADDRESS LATCHENABLE/PROGRAMMING（30腳)：地址鎖存允許信號(hào)端。上電

12、后，此端不斷向外輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩頻率fosc的1/6。CPU訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，ALE輸出信號(hào)作為所存低八位地址的控制信號(hào)。第19頁，共32頁。PSEN (PROGRAM STORE ENABLE，29腳)：程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端。在訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端定時(shí)輸出負(fù)脈沖作為讀片外存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。此引腳接EPROM的OE端。PSEN端有效時(shí)，即允許讀出EPROM/ROM中的指令代碼。EA/Vpp(ENABLE ADDRESS/VOLTAGE PULSE OF RAMMING，31腳)：外部程序存儲(chǔ)器地址輸入端/固化編程電壓輸入端。當(dāng)輸入信號(hào)EA引腳接高電平時(shí)，CPU只訪問片內(nèi)EP

13、ROM/ROM并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令，但是當(dāng)PC超過0FFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器中的內(nèi)容。當(dāng)輸入信號(hào)EA引腳接低電平時(shí)，CPU只訪問外部EPROM/ROM并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的指令，而不管是否具有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。此引腳的第二功能Vpp是對(duì)片內(nèi)EPROM固化編程時(shí)，作為施加較高編程電壓的輸入端。第20頁，共32頁。（4）. 輸入/輸出端口P0,P1,P2和P3P0口（P0.0-P0.7,39-32腳）：一個(gè)8為準(zhǔn)雙向I/O端口。當(dāng)P0口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)首先向鎖存器（地址80H）寫入全1，此時(shí)P0口的全部引腳懸空，可作為高阻抗輸入。在CPU訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，P0口分時(shí)提供

14、低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)位總線。 P0口的地址/數(shù)據(jù)分時(shí)使用分兩種情況：一種是用作輸出地址/數(shù)據(jù)總線，另一種是由P0口輸入數(shù)據(jù)。而且P0口作I/O輸出時(shí)，輸出級(jí)屬開漏電路，必須接上拉電阻，才有高電平輸出。P1口、P2口（P1.0-P1.7,1-8腳；P2.0-p2.7,21-28腳）：都是上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口。每一位可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。在訪問片外EPROM/ROM時(shí)，P2口可以輸出高8位地址。P3口（P3.0-P3.7,10-17腳）：P3口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口。P3每一位都能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。P3口的引腳還具有第二功能。第21頁，共32頁。P

15、3口線的第二功能入下表所示口 線替代的第二功能P3.0RXD（串行口輸入）P3.1TXD（串行口輸出）P3.2INT0（外部中斷0輸入）P3.3INT1（外部中斷1輸入）P3.4T0（定時(shí)器0的外部輸入）P3.5T1（定時(shí)器1的外部輸入）P3.6WR（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“寫選通控制”輸出）P3.7RD（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“讀選通控制”輸出）第22頁，共32頁。3.單片機(jī)的晶振電路：第23頁，共32頁。4.單片機(jī)的復(fù)位電路：第24頁，共32頁。三、顯示電路hagdbcef第25頁，共32頁。 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示

16、多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 1.數(shù)碼管的分類 第26頁，共32頁。+Uabcd

17、efg共陰極，需1驅(qū)動(dòng)abcdefg共陽極，需0驅(qū)動(dòng)2. 等效電路：第27頁，共32頁。3. 字形代碼與十六進(jìn)制數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系字符dpgfedcba段碼（共陰）（不帶小數(shù)點(diǎn)的數(shù)字編碼）段碼（共陰）（帶小數(shù)點(diǎn)的數(shù)字編碼）0001111113FHBFH10000011006H86H2010110115BHDBH3010011114FHCFH40110011066HE6H5011011016DHEDH6011111017DHFDH70000011107H87H8011111117FHFFH9011011116FHEFH第28頁，共32頁。字符dpgfedcba段碼（共陽）（不帶小數(shù)點(diǎn)的數(shù)字編碼段碼（共

18、陽）（帶小數(shù)點(diǎn)的數(shù)字編碼）011000000C0H40H111111001F9H79H210100100A4H24H310110000B0H30H41001100199H19H51001001092H12H61000001082H02H711111000F8H78H81000000080H00H91001000090H10H第29頁，共32頁。 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如B