基于.AT89C51單片機(jī)的溫度傳感器

...wd......wd......wd...基于AT89C51單片機(jī)的溫度傳感器目錄摘要IAbstractII第一章緒論11.1

課題背景11.2本課題研究意義21.3本課題的任務(wù)21.4系統(tǒng)整體目標(biāo)3第二章方案論證比較與選擇42.1引言42.2方案設(shè)計(jì)42.2.1

設(shè)計(jì)方案一42.2.2設(shè)計(jì)方案二42.2.3

設(shè)計(jì)方案三42.3方案的比較與選擇52.4方案的闡述與論證5第三章硬件設(shè)計(jì)73.1

溫度傳感器73.1.1溫度傳感器選用細(xì)則73.1.2

溫度傳感器DS18B2083.2.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)153.3顯示電路設(shè)計(jì)183.4鍵盤電路設(shè)計(jì)203.5報(bào)警電路設(shè)計(jì)213.6通信模塊設(shè)計(jì)223.6.1RS-232接口簡介223.6.2MAX232芯片簡介233.6.3PC機(jī)與單片機(jī)的串行通信接口電路24第四章軟件設(shè)計(jì)264.1

軟件開發(fā)工具的選擇264.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的一般原則274..3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的一般步驟274.4軟件實(shí)現(xiàn)284.4.1系統(tǒng)主程序流程圖284.4.2傳感器程序設(shè)計(jì)284.4.3顯示程序設(shè)計(jì)344.4.4鍵盤程序設(shè)計(jì)364.4.5報(bào)警程序設(shè)計(jì)384.4.6通信模塊程序設(shè)計(jì)39第五章調(diào)試與小結(jié)41致謝42參考文獻(xiàn)43附錄44系統(tǒng)電路圖44系統(tǒng)程序45基于AT89C51單片機(jī)的溫度傳感器摘要隨著社會(huì)的進(jìn)步和工業(yè)技術(shù)的開展，人們越來越重視溫度因素，許多產(chǎn)品對溫度范圍要求嚴(yán)格，而目前市場上普遍存在的溫度檢測儀器大都是單點(diǎn)測量，同時(shí)有溫度信息傳遞不及時(shí)、精度不夠的缺點(diǎn)，不利于工業(yè)控制者根據(jù)溫度變化及時(shí)做出決定。在這樣的形式下，開發(fā)一種能夠同時(shí)測量多點(diǎn)，并且實(shí)時(shí)性高、精度高，能夠綜合處理多點(diǎn)溫度信息的測量系統(tǒng)就很有必要。本課題以AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)為核心，能對多點(diǎn)的溫度進(jìn)展實(shí)時(shí)巡檢。DS18B20是一種可組網(wǎng)的高精度數(shù)字式溫度傳感器，由于其具有單總線的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，可以使用戶輕松地組建起傳感器網(wǎng)絡(luò)，并可使多點(diǎn)溫度測量電路變得簡單、可靠。本文結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)歷，介紹了DS18B20數(shù)字溫度傳感器在單片機(jī)下的硬件連接及軟件編程，并給出了軟件流程圖。關(guān)鍵詞：溫度測量；單總線；數(shù)字溫度傳感器；單片機(jī)AbstractAstheindustryandthesocietydeveloping,thetemperaturebecomesmoreandmoreimportantandalotofproductsaresensitivetotemperature.However,temperaturemeasuringapparatusinthemarketnowonlycancheckandmeasurethetemperatureofonepoint,atthesametime,thetemperatureinformationisnotrealtimeandtheprecisionislow.Ittakesagreatoftroublesfortheindustry-controllerstomakedecision.Inthissituation,designandimplementoneapplicablesystemwhichcanwatchmeasureandcontrolthetemperatureandthemeasuringresultsisrealtimeandtheprecisionisgreatismoreessential.Inordertomeetingthisapplication,thispapertalkaboutTheMultiple-Point’stemperatureMeasuringSystem.Thissystembasedonsinglechipcomputer,caninspectandcontrolmultipletemperaturesinrealtime.

Asakindofhigh-accuracydigitalnettemperaturesensor，DS18B20canbeusedbuildingasensorneteasily.Itcanalsomakethenetsimpleandreliablewithit'sspecial1-wireinterface.ThispaperintroducestheapplicationofDS18B20withsinglechipprocessor.Keywords：temperaturemeasure；singlebus；digitalthermometer；singlechipprocessor；第一章緒論1.1課題背景在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。無論你生活在哪里，從事什么工作，無時(shí)無刻不在與溫度打著交道。自18世紀(jì)工業(yè)革命以來，工業(yè)開展對是否能掌握溫度有著絕對的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等等行業(yè)，可以說幾乎%80的工業(yè)部門都不得不考慮著溫度的因素。溫度對于工業(yè)如此重要，由此推進(jìn)了溫度傳感器的開展。傳感器主要大體經(jīng)過了三個(gè)開展階段：模擬集成溫度傳感器。該傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝制成，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。此種傳感器具有功能單一(僅測量溫度)、測溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測溫、控溫，不需要進(jìn)展非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡單。它是目前在國內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的一種集成傳感器，典型產(chǎn)品有AD590、AD592、TMP17、LM135等；模擬集成溫度控制器。模擬集成溫度控制器主要包括溫控開關(guān)、可編程溫度控制器，典型產(chǎn)品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增強(qiáng)型集成溫度控制器(例如TC652/653)中還包含了A/D轉(zhuǎn)換器以及固化好的程序，這與智能溫度傳感器有某些相似之處。但它自成系統(tǒng)，工作時(shí)并不受微處理器的控制，這是二者的主要區(qū)別；智能溫度傳感器。能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器(或存放器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(CPU)、隨機(jī)存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)；并且它是在硬件的根基上通過軟件來實(shí)現(xiàn)測試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。溫度傳感器的開展趨勢。進(jìn)入21世紀(jì)后，溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速開展。

傳感器在溫度測控系統(tǒng)中的應(yīng)用。目前市場主要存在單點(diǎn)和多點(diǎn)兩種溫度測量儀表。對于單點(diǎn)溫測儀表，主要采用傳統(tǒng)的模擬集成溫度傳感器，其中又以熱電阻、熱電偶等傳感器的測量精度高，測量范圍大，而得到了普遍的應(yīng)用。此種產(chǎn)品測溫范圍大都在-200℃~800針對目前市場的現(xiàn)狀，本課題提出了一種可滿足要求、可擴(kuò)展的并且性價(jià)比高的單片機(jī)多路測溫系統(tǒng)。1.2本課題研究意義隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與開展，溫度控制在工業(yè)控制、電子測溫計(jì)、醫(yī)療儀器、家用電器等各種溫度控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，且由過去的單點(diǎn)測量向多測量開展。目前溫度傳感器有模擬和數(shù)字兩類傳感器，為了抑制模擬傳感器與微處理器接口時(shí)需要信號調(diào)理電路和A／D轉(zhuǎn)換器的弊端，大多數(shù)多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)采用數(shù)字傳感器，并大大方便了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。比較有代表性的數(shù)字溫度傳感器有DS18B20、MAX6575、DS1722、MAX6635、SMT160-30等。在傳統(tǒng)的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，往往采用模擬技術(shù)進(jìn)展設(shè)計(jì)，這樣就不可防止地遇到諸如引線誤差補(bǔ)償、多點(diǎn)測量中的切換誤差和信號調(diào)理電路的誤差等問題；而其中某一環(huán)節(jié)處理不當(dāng)，就可能造成整個(gè)系統(tǒng)性能的下降。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速開展，特別是大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的開展，微型化、集成化、數(shù)字化正成為傳感器開展的一個(gè)重要方向。美國Dallas半導(dǎo)體公司推出的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，具有獨(dú)特的單總線接口，僅需要占用一個(gè)通用I/0端口即可完成與微處理器的通信；在-10～+85℃溫度范圍內(nèi)具有0．5℃精度；用戶可編程設(shè)定9～12位的分辨率。以上特性使得DS18B201.3本課題的任務(wù)本課題主要是實(shí)現(xiàn)對溫度進(jìn)展多點(diǎn)同時(shí)測量并準(zhǔn)確顯示。整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)控制，要能夠接收傳感器的數(shù)據(jù)并顯示出來，可以從鍵盤輸入命令，系統(tǒng)根據(jù)命令，選擇對應(yīng)的傳感器，并由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)溫度顯示。設(shè)計(jì)一種合理、可行的單片機(jī)監(jiān)控軟件，完成多點(diǎn)測量和顯示的任務(wù)，并編寫硬件底層驅(qū)動(dòng)程序。1.4系統(tǒng)整體目標(biāo)利用一個(gè)單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)能夠進(jìn)展多點(diǎn)溫度進(jìn)展同時(shí)測量的系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠同時(shí)對多個(gè)點(diǎn)的溫度進(jìn)展測量和進(jìn)展顯示，并且能夠?qū)Ξ惓Ｇ闆r進(jìn)展報(bào)警。第二章方案論證比較與選擇2.1引言溫度測量的方案有很多種，可以采用傳統(tǒng)的分立式傳感器、模擬集成傳感器以及新興的智能型傳感器。對于控制系統(tǒng)可以采用計(jì)算機(jī)、單片機(jī)等。2.2方案設(shè)計(jì)2.2.1設(shè)計(jì)方案一采用模擬分立元件，如電容、電感或晶體管等非線形元件，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的測量及顯示，該方案設(shè)計(jì)電路簡單易懂，操作簡單，且價(jià)格廉價(jià)，但采用分立元件分散性大，不便于集成數(shù)字化，而且測量誤差大。

2.2.2設(shè)計(jì)方案二本方案采用AT89C51單片機(jī)為核心，通過溫度傳感器AD590采集溫度信號，經(jīng)信號放大器放大后，送到A/D轉(zhuǎn)換芯片，最終經(jīng)單片機(jī)檢測處理溫度信號。圖2.1方案二的框圖如圖2.1，采用該方案技術(shù)已經(jīng)成熟，AD轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)較煩瑣，而且使用AD590進(jìn)展溫度檢測必須對冷端進(jìn)展補(bǔ)償，以減小誤差。設(shè)計(jì)方案三本設(shè)計(jì)運(yùn)用主從分布式思想，由一臺上位機(jī)〔PC微型計(jì)算機(jī)〕，下位機(jī)〔單片機(jī)〕多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級分布式多點(diǎn)溫度測量的巡回檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用RS-232串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，通過上位機(jī)〔PC〕控制下位機(jī)〔單片機(jī)〕進(jìn)展現(xiàn)場溫度采集。溫度值既可以送回主控PC進(jìn)展數(shù)據(jù)處理，由顯示器顯示。也可以由下位機(jī)單獨(dú)工作，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前各點(diǎn)的溫度值，對各點(diǎn)進(jìn)展控制。下位機(jī)采用的是單片機(jī)基于數(shù)字溫度傳感器DS18B20的系統(tǒng)。DS18B20利用單總線的特點(diǎn)可以方便的實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的測量，輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的抗干擾性好、設(shè)計(jì)靈活、方便，而且適合于在惡劣的環(huán)境下進(jìn)展現(xiàn)場溫度測量。本系統(tǒng)可以應(yīng)用在大型工業(yè)及民用常溫多點(diǎn)監(jiān)測場合。如糧食倉儲系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、溫控制程生產(chǎn)線之溫度影像檢測、醫(yī)療與健診的溫度測試、空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測、石化、機(jī)械…等。系統(tǒng)框圖如下：圖2.2方案三的系統(tǒng)框圖2.3方案的比較與選擇基于數(shù)字式溫度計(jì)DS18B20的溫度測量儀的硬軟件開發(fā)過程，DS18B20將溫度信號直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，實(shí)現(xiàn)了與單片機(jī)的直接接口，從而省去了信號調(diào)理電路。該儀器電路簡單、功能可靠、測量效率高，很好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)溫度測量方法的缺乏。相對與方案1，在功能、性能、可操作性等方面都有較大的提升。相對與方案2，硬件電路簡單，易于操作，具有更高的性價(jià)比，更大的市場。所以我采用方案3完本錢設(shè)計(jì)。2.4方案的闡述與論證方案三以DS18B20為傳感器、AT89C51單片機(jī)為控制核心組成多點(diǎn)溫度測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括傳感器電路、鍵盤與顯示電路、串口通信電路等組成部。采用美國Dallas半導(dǎo)體公司推出的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。它具有獨(dú)特的單總線接口，僅需要占用一個(gè)通用I/0端口即可完成與微處理器的通信。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。其可以分別93．75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，最大分辨率為0.0625℃，而且從DS18B20讀出或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線(它有如下的性能特點(diǎn)：1)獨(dú)特的單線接口，既可通過串行口線，也可通過其它I/O口線與微機(jī)接口，無需變換其它電路，直接輸出被測溫度值；2)多點(diǎn)能力使分布式溫度檢測應(yīng)用得以簡化；3)不需要外部元件；4)既可用數(shù)據(jù)線供電，也可采用外部電源供電；5)不需備份電源；6)測量范圍為-55～+125℃，固有測溫分辨率為0．57)通過編程可實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字讀數(shù)方式；8)用戶可定義非易失性的溫度告警設(shè)置；9)警告搜索命令能識別和尋址溫度在編定的極限之外的器件(溫度警告情況)；10)應(yīng)用范圍包括恒溫控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)類產(chǎn)品、溫度計(jì)或任何熱敏系統(tǒng)。以上特性使得DS18B20非常適用于構(gòu)建高精度、多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)。根據(jù)DS18B20以上的特點(diǎn)我選用方案三來實(shí)現(xiàn)本課題。硬件設(shè)計(jì)本課題研究的多點(diǎn)測溫系統(tǒng)是以單片機(jī)和單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20為核心，充分利用單片機(jī)優(yōu)越的內(nèi)部和外部資源及數(shù)字溫度傳感器DS18B20的優(yōu)越性能構(gòu)成一個(gè)完備的測溫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對溫度的多點(diǎn)測量。整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)控制，能夠接收傳感器的溫度數(shù)據(jù)并顯示出來，可以從鍵盤輸入命令，系統(tǒng)根據(jù)命令，選擇對應(yīng)的溫度傳感器，并由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)溫度顯示。本課題設(shè)計(jì)了一種合理、可行的單片機(jī)監(jiān)控軟件，完成測量和顯示的任務(wù)。由于單片機(jī)具有強(qiáng)大的運(yùn)算和控制功能，使得整個(gè)系統(tǒng)具有模塊化、硬件電路簡單以及操作方便等優(yōu)點(diǎn)。本課題的整個(gè)系統(tǒng)是由單片機(jī)、顯示電路、鍵盤電路、驅(qū)動(dòng)電路，串口通信等構(gòu)成。3.1溫度傳感器3.1.1溫度傳感器選用細(xì)則現(xiàn)代傳感器在原理與構(gòu)造上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)展某個(gè)量的測量時(shí)首先要解決的題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型要進(jìn)展—個(gè)具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)椋词故菧y量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為適宜，則需要根據(jù)被測量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大小；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受，還是自行研制。2〕靈敏度的選擇通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡員減少從外界引入的串?dāng)_信號3〕頻率響應(yīng)特性傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有—定延遲，希望延遲時(shí)間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測的信號頻率范圍就寬，而由于受到構(gòu)造特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。4〕線性范圍傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當(dāng)所要求測量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會(huì)給測量帶來極大的方便。5〕穩(wěn)定性傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身構(gòu)造外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進(jìn)展調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇適宜的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。6〕精度精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測量系統(tǒng)測量精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個(gè)測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較廉價(jià)和簡單的傳感器。如果測量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得準(zhǔn)確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。對某些特殊使用場合，無法選到適宜的傳感器，則需自行設(shè)計(jì)制造傳感器。自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。3.1.2溫度傳感器DS18B20DS18B20型單線智能溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。其可以分別93．75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，最大分辨率為0．0625℃，而且從DS18B20讀出或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線(單線接口)DS18B20的性能特點(diǎn)單線數(shù)字化智能集成溫度的傳感器，其特點(diǎn)是：DSI8B20可將被測溫度直接轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識別的數(shù)字信號輸出，溫度值不需要經(jīng)電橋電路先獲取電壓模擬量，再經(jīng)信號放大和A／D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，解決了傳統(tǒng)溫度傳感器存在的因參數(shù)不一致性，在更換傳感器時(shí)會(huì)因放大器零漂而必須對電路進(jìn)展重新調(diào)試的問題，使用方便．DS18B20能提供9到12位溫度讀數(shù)，精度高，且其信息傳輸只需1根信號線，與計(jì)算機(jī)接口十分簡便，讀寫及溫度變換的功率來自于數(shù)據(jù)線而不需額外的電源．每一個(gè)DS18B20都有一個(gè)惟一的序列號，這就允許多個(gè)DS18B20連接到同一總線上．尤其適合于多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)．④負(fù)壓特性：當(dāng)電源極性接反時(shí)，DS18B20雖然不能正常工作，但不會(huì)因發(fā)熱而燒毀正是由于具有以上特點(diǎn)，DS18B20在解決各種誤差、可靠性和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化等方面與傳統(tǒng)各種溫度傳感器相比，有無可比較的優(yōu)越性，因而廣泛應(yīng)用于過程控制、環(huán)境控制、建筑物、機(jī)器設(shè)備中的溫度檢測。其外形和管腳如以以下圖：圖3.1DS18B20外部形狀及管腳圖⑵．DS18B20與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì)DS18B20測溫系統(tǒng)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(diǎn)。Dsl8B20與單片機(jī)的硬件連接有兩種方法：一是Vcc接外部電源，GND接地，I/0與單片機(jī)的I/0線相連；二是用寄生電源供電，此時(shí),~UDD和GND接地，I/0接單片機(jī)I/0。無論是哪種供電方式，I/0口線都要接4．7kQ左右的上拉電阻。圖4給出了DSl8B20與微處理器的典型連接。①DS18B20寄生電源供電方式：如下面圖3.2(a)所示，在寄生電源供電方式下，DS18B20從單線信號線上汲取能量：在信號線DQ處于高電平期間把能量儲存在內(nèi)部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源〔電容〕充電。

獨(dú)特的寄生電源方式有三個(gè)好處：進(jìn)展遠(yuǎn)距離測溫時(shí)，無需本地電源可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取ROM電路更加簡潔，僅用一根I/O口實(shí)現(xiàn)測溫要想使DS18B20進(jìn)展準(zhǔn)確的溫度轉(zhuǎn)換，I/O線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由于每個(gè)DS18B20在溫度轉(zhuǎn)換期間工作電流到達(dá)1mA，當(dāng)幾個(gè)溫度傳感器掛在同一根I/O線上進(jìn)展多點(diǎn)測溫時(shí)，只靠4.7K上拉電阻就無法提供足夠的能量，會(huì)造成無法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差極大。因此，該電路只適應(yīng)于單一溫度傳感器測溫情況下使用，不適宜采用電池供電系統(tǒng)中。并且工作電源VCC必須保證在5V，當(dāng)電源電壓下降時(shí)，寄生電源能夠汲取的能量也降低，會(huì)使溫度誤差變大。②DS18B20寄生電源強(qiáng)上拉供電方式：

改良的寄生電源供電方式如下面圖3.2(b)所示，為了使DS18B20在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電流供給，當(dāng)進(jìn)展溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到E2存儲器操作時(shí)，用MOSFET把I/O線直接拉到VCC就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到E2存儲器或啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換的指令后，必須在最多10μS內(nèi)把I/O線轉(zhuǎn)換到強(qiáng)上拉狀態(tài)。在強(qiáng)上拉方式下可以解決電流供給不走的問題，因此也適合于多點(diǎn)測溫應(yīng)用，缺點(diǎn)就是要多占用一根I/O口線進(jìn)展強(qiáng)上拉切換。③DS18B20的外部電源供電方式：如下面圖3.2(c)所示，在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，其VDD端用3～5．5V電源供電，此時(shí)I/O線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流缺乏的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)在總線上理論可以掛接任意多個(gè)DS18B20傳感器，組成多點(diǎn)測溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85℃。

〔c〕DS18B20外部電源供電方式〔a〕DS18B20寄生電源供電方式(b)DS18B20溫度轉(zhuǎn)換期間的強(qiáng)上拉供電〔寄生電源方式〕圖3.2DS18B20與微處理器的典型連接圖〔3〕DS18B20的內(nèi)部構(gòu)造：圖3.3為DS18B20的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器(內(nèi)含便箋式RAM)，用于存儲用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器存儲與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)發(fā)生器等七局部。64位光刻ROM的排列是：開場8位是產(chǎn)品類型標(biāo)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(yàn)碼。光刻R0M的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不一樣，這可實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。暫存存儲器包含了8個(gè)連續(xù)字節(jié)，前2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TH、TL的易失性拷貝，第5個(gè)字節(jié)是構(gòu)造存放器的易失性拷貝，這3個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第6、7、8個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。第9個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)圖3.3DS18B20的內(nèi)部構(gòu)造〔4〕DS18B20的測溫原理：DS1820測溫原理如以以下圖所示。圖中低溫度系數(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送給計(jì)數(shù)器1。圖3.4DS18B20測溫原理高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度存放器被預(yù)置在-55℃所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)展減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度存放器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開場對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)展計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，DS18B在正常測溫情況下，DS18B20的測溫分辨力為0.5℃，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測量結(jié)果：首先用DS18B20提供的讀暫存器指令(BEH)讀出以0.5℃為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位(LSB)，得到所測實(shí)際溫度的整數(shù)局部TZ，然后再用BEH指令取計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值CS和每度計(jì)數(shù)值CD?？紤]到DS18B20測量溫度的整數(shù)局部以0.25℃、0.75℃為進(jìn)位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度TS可用下式計(jì)算：TS=(TZ－0.25℃〔5〕告警信號：DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與TH、TL作比較。假設(shè)T>TH或T<TL，則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并對主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只DS18B20同時(shí)測量溫度并進(jìn)展告警搜索。一旦某測溫點(diǎn)越限，主機(jī)利用告警搜索命令即可識別正在告警的器件，并讀出其序號，而不必考慮非告警器件?！?〕CRC的產(chǎn)生：在64位ROM的最高有效字節(jié)中存有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)。主機(jī)根據(jù)ROM的前56位來計(jì)算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值作比較，以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。CRC的函數(shù)表達(dá)式為：CRC=X＋X＋X＋1。此外，DS18B20尚需依上式為暫存器中的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生一個(gè)8位CRC送給主機(jī)，以確保暫存器數(shù)據(jù)傳送無誤。在本課題中采用四個(gè)數(shù)字式溫度傳感器DS18B20與單片機(jī)89C51連接如以以下圖圖3.5DS18B20多點(diǎn)溫度測量連接電路圖(7)DS1820使用中本卷須知DS18B20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(diǎn)，但在實(shí)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(fù)雜的軟件進(jìn)展補(bǔ)償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS18B20進(jìn)展讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。②在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS18B20超過8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)展多點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。③連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時(shí)，讀取的測溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)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DS18B20進(jìn)展長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。④在DS18B20測溫程序設(shè)計(jì)中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要