【正文】 以 DS18B20溫度傳感器設(shè)計的數(shù)字溫度計線路簡單、硬件少、成本低廉、軟件設(shè)計簡單等優(yōu)點(diǎn) ,有著廣闊的應(yīng)用前景。 （ 3） 較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(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)行讀寫編程時，必須嚴(yán)格保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果，在使用 PL/M、 C等高級語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計時，對 DS18B20操作部分最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。 顯示電路由八位共陰極的數(shù)碼管組成，通過網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號 A、 B、 C、 D、 E、 F、G、 DP等與 AT89C52的 P1口相連，由八個 136歐的電阻驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)段控制功能。如果控制器在這條命令之后跟著發(fā)出時間隙，而 DS18B20有忙于做時間轉(zhuǎn)換的話， DS18B20將在總線上輸出一個 0，若溫度轉(zhuǎn)換完，則輸出 1。 （ 4） Search ROM [0F0H] 當(dāng)一個系統(tǒng)初次啟動時，總線控制器并不知道單線總線上有多少個器件或它們的 64位 ROM編碼。在開始另一個寫周期前必須有 1us以上的高電平恢復(fù)期。 DS18B20溫度值格式表24 ][2 如下所示?！?。 字節(jié)的 RAM 和特殊功能寄存器的地址是相同的，但在物理上它們是分開的。 （ 6） P3 口 :P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 2．實(shí)現(xiàn)方法簡介 ： DS18B20 采用外接電源方式工作，一線測溫的一線與 AT89C52 的 連接并加上上拉電阻使其工作，測出 的數(shù)據(jù)存放在寄存器 10H12H 中，將數(shù)據(jù)經(jīng)過BCD 碼轉(zhuǎn)換后送 LED 顯示。 綜上所述， 本設(shè)計以智能集成溫度傳感器 DS18B20 為例，介紹基于 DS18B20傳感器的數(shù)字溫度計的設(shè)計，該設(shè)計適用于人們的日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用于溫度的檢測及控制。此外，還介紹了系統(tǒng)的調(diào)試和性能分析。 DS18B20 新型單總線數(shù)字溫度傳感器 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器 , 集溫度測量和 A /D 轉(zhuǎn)換于一體 ,直接輸出數(shù)字量 ,具有接口簡單、精度高、抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。 按照系統(tǒng)設(shè)計功能的要求，確定系統(tǒng)有 5 個模塊組成：主控制器 、 溫度傳感器 DS18B 報警電路 、 按鍵預(yù)置溫度值電路 及顯示電路。 溫度測量的方案與分析 1．芯片選擇 本設(shè)計的測溫系統(tǒng)采用芯片 DS18B20， DS18B20 是 DALLAS 公司 的最新單線數(shù)字溫度傳感器，它的體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)， DS18B20 是世界上第一片支持 “一線總線 ”接口的溫度傳感器， 具有 一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn) 。對端口 P2 寫“ 1”，通過內(nèi)部的上 拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 (ILL)。 （ 9） XTAL1:振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 （ 2） 獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 。 64位 ROM的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC=X8＋ X5＋ X4＋ 1）。 表 27 DS18B20暫存寄存器分布 寄存器內(nèi)容 字節(jié)地址 溫度值低位 （ LS Byte） 0 溫度值高位 （ MS Byte） 1 高溫限值（ TH） 2 低溫限值（ TL） 3 配置寄存器 4 保留 5 保留 6 保留 7 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 10 CRC 校驗(yàn)值 8 DS18B20等待 DS18B20Tx產(chǎn)生 15us—16us 脈沖 60240 主機(jī)復(fù)位脈沖 VCC 480usTX960us 主機(jī) Rx min480us 1Wire Bus GND 圖 24 （ a）初始化時序 主機(jī)控制 DS18B20 完成任何操作之前必須先初始化，即主機(jī)發(fā)一復(fù)位脈沖(最短為 480us 的低電平 )，接著主機(jī)釋放總線進(jìn)入接收狀態(tài)， DS18B20 在檢測到I/O 引腳上的上升沿之后，等待 1560us 然后發(fā)出存在脈沖 (60240us 的低電平 )。 （ 3） Skip ROM [0CCH] 這個命令允許總線控 制器不用提供 64位 ROM編碼就使用存儲器操作命令，在單點(diǎn)總線情況下，可以節(jié)省時間。如果使用寄生電源，總線控制器必須在這條命令后立即啟動強(qiáng)上拉，并最少保持 10ms。具體電路如下圖 22所示。 性能測試可用制作的溫度計和已有的成品溫度計來同時測量比較，由于DS18B20 的精確度很高，所以誤差指標(biāo)可以限制在 ℃ 以內(nèi)，另外 － 55℃～＋125℃ 的測量范圍使得該溫度計完全適合一般的應(yīng)用場合，其低電壓供電特性可做成電池供電的手持電子溫度計。 用 DS18B20溫度傳感器設(shè)計數(shù)字溫度計，應(yīng)注意的問題 :在編寫程序時要嚴(yán)格按照 DS18B20的時序圖來編程，否則無法實(shí)現(xiàn)預(yù)想的功能。在這最后短短的幾個月時間里，留下了難以忘懷的回憶。試驗(yàn)中，當(dāng)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(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達(dá) 150m，當(dāng)采用每米膠合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進(jìn)一步加長。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作都是按時序進(jìn)行的。這種拷貝操作在 DS18B20上電時自動執(zhí)行，這樣一上電暫存器里馬上存在有效的數(shù)據(jù)了。然而，只 有在最近一次測溫后遇到符合報警條件的情況， DS18B20才會響應(yīng)這條命令。每個讀周期最短的持續(xù)期為 60us,各個讀周期之間也必須有 1us 以上的高電平恢復(fù)期。 表 24 DS18B20溫度值格式表 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 LS Byte 23 22 21 20 2 1? 2 2? 2 3? 24? bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 第三章 芯片功能簡介 9 MS Byte S S S S S 26 25 24 （ 2） 高低溫報警觸發(fā)器 TH和 TL 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 EEPRAM,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。 （ 7） 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 “ 一線總線 ” 串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯能力 。如果指令是直接尋址方式則為訪問特殊功能寄存器。此時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流 (ILL)。功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。 （ 2） 系統(tǒng)允許的誤差范圍為 1℃以內(nèi) 。傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和熱電阻。硬件電路主要包括主控制器，測溫 控制 電路和顯示電路等，主控制器采用單片機(jī) AT89C52，溫度傳感器采用美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 DS18B20， 顯示電路采用 8 位共 陰極 LED 數(shù)碼管 ， ULN2803A 為驅(qū)動的 動態(tài)掃描直讀顯示。本數(shù)字溫度計的設(shè)計采用美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司繼 DS1820 之后推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器DS18B20 作為檢測元件，其溫度值可以直接被讀出來，通過核心器件單片機(jī)AT89C52 控制溫度的讀寫和顯示，用 LED 數(shù)碼管顯示。 DS18B20 可以直接讀出被測 量的 溫度值，而采用 3 線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。 與 AT89C51 不同之處是， 和 還可分別作為定 時 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入 (P )和輸入 (P ),參見表 21。需注意的是 :如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。這種情況下，外部時鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2 則懸空。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。高速暫存器 RAM結(jié)構(gòu)圖如下表 27所示 。只有和 64位 ROM序列完全匹配的 DS18B20才能響應(yīng)隨后的存儲器操作。如果不想讀完所有字節(jié)，控制器可以在任何時 刻發(fā)出復(fù)位命令來中止讀取。硬件電路的功能都是與軟件編程相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的。硬件調(diào)試比較簡單，首先檢查電路的焊接是否正確， 然后可用萬用表測試或通電檢測。但由于時間關(guān)系，有的功能未能實(shí)現(xiàn) ，有待于進(jìn)一步提高。 在設(shè)計的過程中，龔老師在軟件和硬件上都積極的指導(dǎo)，每次遇到自己想不通的問題時， 龔老師總孜孜不倦地指導(dǎo)我如何正確地解決。 （ 6） 在 DS18B20測溫程序設(shè)計中，向 DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待 DS18B20的返回信號，一旦某個 DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20時，將沒有返回信號，程序進(jìn)入死循環(huán)，這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予一定的重視。在這一部分只給出程序流程圖，然后給出根據(jù)流程圖所編寫的 DS18B20 復(fù)位子程序。 第四章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 13 第四章 .系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 主控制電路和測溫控制電路原理圖 主控制電路由 AT89C52 及外圍元件構(gòu)成，測溫電路由 DS18B 預(yù)置數(shù)電路和報警電路組成。 （ 6） Write Scratchpad[4EH] 這個命令向 DS18B20的暫存器 TH和 TL中寫入數(shù)據(jù)。 第三章 芯片功能簡介 11 (a) 寄生電源工作方式 (b) 外接電源工作方式 圖 25 電源工作方式圖 5． DS18B20的各個 ROM命令 （ 1） Read ROM [33H] 這個命令允許總線控制器讀到 DS18B20的 8位系列編碼，惟一的序列號的 8位CRC碼。在 DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動。 DS18B20的外形及管腳排列 如圖 23和表 23所示。 這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電 路參見圖 21（ a）圖所示。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址 (低 8 位 )和數(shù)據(jù)總線復(fù)位，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 （ 5） 系統(tǒng)具有數(shù)碼顯示功能，能實(shí)時顯示設(shè)定溫度值和測得的實(shí)際溫度值。 測量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式 、 從集成化向智能化 、 網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。 編號 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 題 目 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué) 號 系 部 電氣工程 專 業(yè) 電氣自動化 班 級 指導(dǎo)教師 顧問教師 摘要 I 摘 要 溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，人們生活與環(huán)境溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實(shí)時測量溫度，在工業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和控制具有重要的意義。 在 測溫電路 中 ，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，將隨被測溫度變化的