基于DS18B20的傳感器課程設計

1、數(shù)字溫度傳感器余曉聰電子科學系 08電科2班 080702236摘 要：本文介紹了基于單片機stc89c52的溫度測量系統(tǒng)的設計方案與硬件實現(xiàn)。采用溫度傳感器ds18b20采集溫度數(shù)據(jù)，數(shù)碼管顯示溫度數(shù)據(jù)，按鍵設置溫度上下限?；谶@個基礎上可以用于各種溫度的控制，如溫控飲水機、風扇、咖啡機、冰箱、空調等。關鍵子：單片機；數(shù)字溫度傳感器引 言隨著社會的發(fā)展，溫度的測量及控制越來越重要。本文采用單片機stc89c52設計了溫度實時測量系統(tǒng)。單片機能夠根據(jù)溫度傳感器ds18b20所采集的溫度數(shù)據(jù)來控制其他操作。從而把溫度控制在設定的范圍內。所有的溫度數(shù)據(jù)通過數(shù)碼管顯示。此方法能對溫度進行精確有效的控

2、制。通過對單片機進行編程能減少電路的復雜性進行更多的控制。正 文1 系統(tǒng)總體設計系統(tǒng)主要包括單片機模塊、溫度采集模塊、溫度顯示模塊，溫度上下限調整模塊等四部分。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。單片機處理模塊溫度采集模塊溫度顯示模塊溫度上下限調整模塊圖1 系統(tǒng)總體框架報警模塊2 單元模塊21單片機處理模塊處理模塊是整個設計方案的核心，它控制了溫度的采集、處理與顯示、溫度上下限值的設定。本文采用stc89c52rc作為處理模塊。這是stc公司推出的8051系列微處理器。它的特點是價格低、功耗低、高可靠、無法解密，內部flash擦寫次數(shù)為100,000次以上。圖2是該芯片的引腳圖。圖2 stc89c52引腳

3、圖 圖3是stc89c52的最小系統(tǒng)。圖322溫度采集模塊溫度由dallas 半導體公司的一線數(shù)字化溫度傳感器ds18b20采集。ds18b20測溫范圍為-55+125，測溫分辨率可達0.0625，被測溫度用16位二進制形式串行輸出。用戶設定的上下限溫度儲存在eeprom中，掉電后依然保存。cpu只需一根端口線就能與諸多ds18b20通信。占用微處理器的端口少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。圖4為ds18b20的引腳圖。圖4 ds18b20是通過一種片上溫度測量技術來測量溫度的。圖5示出了溫度測量電路的方框圖。圖5由圖5可知ds18b20用一個高溫度系數(shù)的振蕩器確立一個門周期，內部計數(shù)器在這個門

4、周期內對一個低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進行計數(shù)來得到溫度值。計數(shù)器被預置到對應與-55的一個值。如果計數(shù)器在門周期結束前到達0，則溫度寄存器（同樣被預置到-55）的值增加，表明所測的溫度大于-55。同時計數(shù)器被復位到一個值，這個值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計數(shù)器又開始計數(shù)直到0，如果門周期仍未結束，將重復這一過程。斜坡式累加器用來補償感溫振蕩器的非線性，以及在測溫時獲得比較高的分辨力。這是通過改變計數(shù)器對溫度每增加一度所需計數(shù)的值來實現(xiàn)的。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時知道給定溫度下計數(shù)器的值和每一度的計數(shù)值。ds18b20內部對此計算的結

5、果可提供0.0625的分辨力。溫度以16bit帶符號位擴展的二進制補碼形式讀出。表1給出了溫度值和輸出數(shù)據(jù)的關系。 表1溫度數(shù)據(jù)輸出（二進制）數(shù)據(jù)輸出（十六進制）+1250000 0111 1101 000007d0+25.06250000 0001 1001 00010191+0.50000 0000 0000 1000000800000 0000 0000 00000000-0.51111 1111 1111 1000fff8-25.06251111 1110 0110 1111ffce-551111 1100 1001 0000fc90二進制的低四位是小數(shù)數(shù)據(jù)，高五位是符號位。正溫度時，

6、讀到的16位數(shù)據(jù)乘以0.0625就可以得到實際溫度。若是負溫度則要把讀到的數(shù)據(jù)按位取反再加1，之后按正溫度轉換，前面加符號就行了。另一種轉換方法就是分離出低四位，中間七位和高五位。低四位乘以0.0625就可以得到小數(shù)部分的值，中間八位直接就是整數(shù)部分的值。高四位就是判斷符號的。 ds18b20內部有一個9字節(jié)的高速存儲器用于存儲溫度值。其中前兩個字節(jié)是測得的溫度數(shù)據(jù)，第一個字節(jié)的內容是溫度的低八位，第二個字節(jié)是溫度的高八位，第三和第四字節(jié)是溫度上限th與溫度下限tl的易失性拷貝，第五字節(jié)是結構寄存器的易失性拷貝，第6，7，8這三個字節(jié)用于內部計算，第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)crc，可用來保證通信

7、的正取性。當溫度轉換命令發(fā)出后，經轉換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在此存儲器的第1和第2個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后。通過單線總線端口訪問ds18b20的協(xié)議如下：初始化、rom操作命令、存儲器操作命令、執(zhí)行/數(shù)據(jù)。rom操作命令:read rom 33h 這個命令允許總線控制器讀到ds18b20的8位系列編碼、唯一的序列號和8位crc碼。只有在總線上存在單只ds18b20的時候才能使用這個命令。如果總線上不止一個從機時，當所有從機試圖同時傳送信號時就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。match rom 55h 匹配rom命令，后跟64位rom序列，讓總線控制器在多點總線

8、上定位一只特定的ds18b20。只有和64為rom序列完全匹配的ds18b20才能響應隨后的儲存操作命令。skip rom cch 這條命令允許總線控制器不用提供64位rom編碼就使用儲存器操作命令，在單點總線情況下用以節(jié)省時間。如果總線上不止一個從機，在skip rom命令之后跟著發(fā)一條讀命令，由于多個從機同時傳送信號，總線上就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。search rom f0h 當一個系統(tǒng)初次啟動時，總線控制器可能不知道單線總線上有多少器件或它們的64位rom編碼。搜索rom命令允許總線控制器用排除法識別總線上的所有從機的64位編碼。alarm search ech 這條命令的流程圖和search

9、 rom相同。然而，只有在最近一次測溫后遇到符合報警條件的情況，ds18b20才會響應這條命令。表2為命令設置。 表2命令說明協(xié)議單線總線發(fā)出協(xié)議后溫度轉換命令convert t開始溫度轉換44h<讀溫度忙狀態(tài)>存儲器命令read scratchpad讀取暫存器和crc字節(jié)beh<讀數(shù)據(jù)直到9字節(jié)>writeschratchpad把字節(jié)寫入暫存器的地址2和3（th和tl溫度報警促發(fā)）4eh<寫兩個字節(jié)到地址2和3>copy scratchpad把暫存器內容拷貝到非易失性存儲器中（僅指地址2和3）48h<讀拷貝狀態(tài)>recall e2把非易失性存儲

10、器中的值召回暫存器（溫度報警觸發(fā)）b8h<讀溫度忙狀態(tài)>read power supply標識ds18b20的供電模式b4h<讀供電狀態(tài)>ds18b20具體的命令和時序圖請參考文獻1。圖6為ds18b20的電路連接圖。圖6ds18b20有兩種供電接法，圖6采用的是接入外部電源。這樣做的好處是i/o線上不需要加強上拉，而且總線控制器用在溫度轉換期間總保持高電平。這樣在轉換期間可以允許在單線總線上進行其他數(shù)據(jù)的往來。另外，在單總線上可以掛任意多片ds18b20，而且如果它們都使用外部電源的話，就可以先發(fā)一個skip rom命令，再接一個convert t命令，讓它們同時進行

11、溫度轉換。注意當加上外部電源時，gnd引腳不能懸空。23溫度顯示模塊由于此文重在說明ds18b20的功能及使用，所以顯示部分就采用簡單的數(shù)碼管顯示。只顯示兩位整數(shù)和一位小數(shù)，負溫度就不顯示了。圖6為數(shù)碼管的連接圖。圖724溫度上下限調整模塊圖7為溫度上下限調整模塊。圖8所選按鍵是輕觸開關。按一次s1后，會在數(shù)碼管顯示ds18b20內儲存的溫度上限。按第2次后就能調節(jié)溫度的上限，通過s3和s4來調節(jié)。按下第3次后恢復到溫度的顯示。s2是調節(jié)溫度下限的。操作方法和s1一樣。25報警電路該模塊只是用發(fā)光二極管表示。燈亮就報警。如圖9圖93 總體原理圖 圖10為電路的總體原理圖。圖10圖104 程序本

12、程序是采用c語言寫的。/*功能說明按s1查看溫度上下限按s2、s3可改變上下限，按s2減1，按s3加1如果實際溫度超過上下限或18b20不存在，則報警*/#include <reg52.h> #include <intrins.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define flag1 f0 /18b20存在標志sbit io=p22;sbit key1=p10;/查看溫度上下限sbit key2=p11;/ 減1sbit key3=p12;/ 加1 sbit wei1=p21;/第一個數(shù)碼管位

13、選sbit wei2=p23;/第二個數(shù)碼管位選sbit wei3=p24;/第三個數(shù)碼管位選sbit bj=p25;uchar count;/key1按下的次數(shù)uchar code disp=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/ uchar code xiaoshu16=0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9;uchar a,b,h,l;/從ds18b20讀出來的數(shù)據(jù)uchar shi,ge,xiao,temp;uchar delay1;/作延時用void delay(uint i); /延時11us

14、*ivoid deal_with();void display();void reset();uchar read();/讀一個字節(jié)void write(uchar dat); /寫一個字節(jié)到ds18b20/void beep(); /報警void keyscan();void set();/改變溫度上下限和精度void copy();/復制溫度上下限到romvoid check(); /把當前溫度與上下限比較void main() while(1) reset();/改變上下限和精度 while(flag1) /beep(); /報警reset(); reset(); write(0xcc)

15、;/ 跳過讀序號列號的操作 write(0x44); / 啟動溫度轉換 reset(); write(0xcc);/ 跳過讀序號列號的操作 write(0xbe); /讀取溫度寄存器等（共可讀9個寄存器） 前兩個就是溫度 a=read();/溫度低位 b=read();/溫度高位 h=read();/溫度上限 l=read();/溫度下限 if(count=0) /如果無鍵按下 deal_with(); display(); keyscan(); check(); void delay(uint i) /延時11us *iwhile(i-);void deal_with()b=b<<

16、;4;/舍棄符號位 xiao=a;a=a>>4;/舍棄小數(shù)xiao=xiao&0x0f;/得到小數(shù)temp=b|a; /得到溫度整數(shù)部分shi=temp/10;ge=temp%10;void display()uchar d;wei1=0;wei2=0;wei3=0;p0=dispshi;wei1=1;wei2=0;wei3=0;delay(100);wei1=0;wei2=0;wei3=0;d=dispge;p0=d&0x7f;/顯示小數(shù)點 wei1=0;wei2=1;wei3=0;delay(100); wei1=0;wei2=0;wei3=0;p0=dispx

17、iaoshuxiao;wei1=0;wei2=0;wei3=1;delay(100);void reset()/改變上下限和精度函數(shù)flag1=1; io=1; delay(8); /稍做延時 io=0; delay(80);/延時大于480us io=1; delay(6); flag1=io;/如果flag是0,則初始化成功 delay(20);uchar read()/讀一個字節(jié)uchar k,dat=0;for(k=0;k<8;k+)io=0; dat>>=1;io=1;if(io)dat=dat|0x80;delay(4);return dat;void write

18、(uchar dat) /寫一個字節(jié)到ds18b20uchar j;for(j=0;j<8;j+)io=0;dat=dat>>1; /把dat的最低位送到io口io=cy;delay(5);io=1;delay1=1;/延時2usdelay(4);void beep()/報警函數(shù)uchar i;for(i=0;i<50;i+)delay(100);bj=0; bj=1; void keyscan()p1=0xff;if(p1!=0xff)display();/去抖if(p1!=0xff)if(key1=0)count+;/key1按下的次數(shù)if(count=3)count=0;if(key2=0)/減一if(count=0);else if(count=1)h-;/溫度上限set();/改變上下限溫度和精度copy();/復制溫度上下限到romelse if(count=2)l-;/溫度下限set();copy();if(key3=0)/加一if(count=0);else if(count=1)h+;set();copy();else if(count=2)l+;set();copy();p1=0xff;/清零while(p