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简易的数字温度计学 院:物理与电信工程学院年 级:2008级专 业:物理学学 号:20082301002作 者:甘腾胜指导老师:杨志勇简易的数字温度计摘要：温度测量涉及各行各业，而传统的温度测量仪器有酒精温度计、煤油温度计、水银温度计等，都需人工手动测量.在科学技术发展的今天很多场合(有毒、高温、无人等)，用传统的温度测量技术就显得比较麻烦。单片机的出现，电子技术的飞速发展，使温度计的自动化、数字化就变得容易。本文将介绍一种基于STC89C52单片机和温度传感器DS18B20的数字温度计，用4位共阳极LED数码管以动态方式实现温度显示。该温度计具有读数方便，测温范围广（能够测出55125之间的温度），测温准确的特点。适合日常生活、工业生产和科学研究等领域对温度测量的需要。关键词：单片机、DS18B20、STC89C52、温度计、数字控制方案设计与讨论：1.方案一由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，再将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。2.方案二 进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。方案特点：功耗低，线路简单，体积小，测温精确度高，测温范围广。原理：1.DS18B20产品的特点DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计。(1).只要求一个I/O口即可实现通信；(2).在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号；(3).实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温；(4).测量温度范围在-55到+125之间；(5).数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择；(6).内部有温度上、下限告警设置。2.DS18B20详细引脚功能描述1GND为电源地；2DQ为数字信号输入/输出端；3 VDD为外接供电电源输入（在寄生电源接线方式时接地）。图1 DS18B20引脚示意图3.DS18B20工作原理图2 DS18B20内部结构图DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。DS18B20测温原理如图3所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非 线性，其输出用于修正计数器1的预置值。图3 DS18B20测温原理框图DS18B20有5个主要的数据部件：（1）光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。（2）DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。表1 DS18B20温度值格式表 这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。例如+125的数字输出为07D0H，+25.0625的数字输出为0191H，-25.0625的数字输出为FF6FH，-55的数字输出为FC90H。表2 DS18B20温度数据表（3）DS18B20温度传感器的存储器。DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。 （4）配置寄存器。该字节各位的意义如下：表3 配置寄存器结构TMR1R011111 低五位一直都是“1”，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，如下表所示：（DS18B20出厂时被设置为12位）表4 温度分辨率设置表R1R0分辨率温度最大转换时间009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms（5）高速暂存存储器。高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表5所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。 单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式如表1所示。对应的温度计算：当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S =1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。表 2是对应的一部分温度值。第九个字节是冗余检验字节。表5 DS18B20暂存寄存器分布寄存器内容字节地址温度值低位 （LS Byte）0温度值高位 （MS Byte）1高温限值（TH）2低温限值（TL）3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC校验值8 根据DS18B20的通讯协议，主机（单片机）控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位操作，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，当 DS18B20收到信号后等待1660微秒左右，后发出60240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。表6 ROM指令表指 令约定代码功 能读ROM33H读DS1820温度传感器ROM中的编码（即64位地址）符合 ROM55H发出此命令之后，接着发出 64 位 ROM 编码，访问单总线上与该编码相对应的 DS1820 使之作出响应，为下一步对该 DS1820 的读写作准备。搜索 ROM0FOH用于确定挂接在同一总线上 DS1820 的个数和识别 64 位 ROM 地址。为操作各器件作好准备。跳过 ROM0CCH忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820 发温度变换命令。适用于单片工作。告警搜索命令0ECH执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应。温度变换44H启动DS1820进行温度转换，12位转换时最长为750ms（9位为93.75ms）。结果存入内部9字节RAM中。读暂存器0BEH读内部RAM中9字节的内容写暂存器4EH发出向内部RAM的3、4字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。复制暂存器48H将RAM中第3 、4字节的内容复制到EEPROM中。重调 EEPROM0B8H将EEPROM中内容恢复到RAM中的第3 、4字节。读供电方式0B4H读DS1820的供电模式。寄生供电时DS1820发送“ 0 ”，外接电源供电 DS1820发送4.硬件电路图(看不清就把这个图拉大)系统实现及原理分析：在不改动系统硬件的基础上，通过计算方法的调整，DS18B20的测温分辨率可以提高到0.1以上，由四位LED显示成“.”的格式。DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。每隔2ms扫描一位数码管，每隔600ms读取一次传感器的温度。测量结果与误差分析：温度小于0，数码管第一位会显示“-”号；温度介于0与100之间，第一位不显示；温度大于等于100，第一位会显示“1”；温度的绝对值小于10，第二位不显示。温度能精确到0.1。参考文献：1李朝青,单片机原理及接口技术（简明修订版）.杭州:北京航空航天大学出版社,19982李广弟,单片机基础.北京:北京航空航天大学出版社,19943阎石,数字电子技术基础.北京:高等教育出版社,19894廖常初,现场总线概述J.电工技术，1999.5 王永华,赵志亮,涂时亮,单片微型机原理、应用与实验,上海,复旦大学出版社,2000年6月6 李勋,刘源,李新民,单片机实用教程,北京,北京航空航天大学出版社,2000年6月7 胡乾斌,李玲,甘锡英,单片微型计算机原理与应用,武汉,华中理工大学出版社,2003年3月8 张毅刚,新编MCS-51单片机应用设计,哈尔滨,哈尔滨工业大学出版社 2003 年10月附件：C语言源程序：#include /包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义#define DataPort P1 /定义数据端口 程序中遇到DataPort 则用P1 替换bit ReadTempFlag;/定义读时间标志/sbit LATCH1=P20;/定义锁存使能端口 段锁存/sbit LATCH2=P21;/ 位锁存unsigned char code HEYAO_DuanMa10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/unsigned char code HEYAO_DuanMa10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/ 显示段码值0123456789/unsigned char code HEYAO_WeiMa=0x1,0x2,0x4,0x8,0x10,0x20,0x40,0x80;/unsigned char code HEYAO_WeiMa=0x1,0x2,0x4,0x8;unsigned char code HEYAO_WeiMa=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7;/分别对应相应的数码管点亮,即位码unsigned char TempData8=0XFF,0XFF,0XFF,0XFF,0XFF,0XFF,0XFF,0XFF; /存储显示值的全局变量/unsigned char TempData8=0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00; /存储显示值的全局变量sbit DQ=P33;/ds18b20 端口bit Init_Ds18B20(void); /函数声明unsigned char ReadOneChar(void);void WriteOneChar(unsigned char dat);unsigned int ReadTemperature(void);void Delay(unsigned char t); void Display(unsigned char FirstBit,unsigned char Num);void Init_Timer0(void);/定时器初始化void DelayMs(unsigned char t);/*- 主函数-*/void main (void) unsigned int TempH,TempL,temp;Init_Timer0();while (1) /主循环 if(ReadTempFlag=1) ReadTempFlag=0; temp=ReadTemperature(); TempData0=0XFF; if(temp&0x8000) TempData0=0xBF;/负号标志 temp=temp; / 取反加1 temp +=1; TempH=temp4; TempL=temp&0x0F; TempL=TempL*5/8;/小数近似处理 if(TempH/100=1) TempData0=HEYAO_DuanMa1; if(TempH/100=0)&(TempH%100)/10=0)/消隐 TempData1=0XFF;else TempData1=HEYAO_DuanMa(TempH%100)/10; /十位温度 TempData2=HEYAO_DuanMa(TempH%100)%10&0x7F; /个位温度,带小数点 TempData3=HEYAO_DuanMaTempL; /*- 18b20初始化-*/bit Init_DS18B20(void) bit dat=0; DQ = 1; /DQ复位 Delay(5); /稍做延时 DQ = 0; /单片机将DQ拉低 Delay(200); /精确延时 大于 480us 小于960us Delay(200); DQ = 1; /拉高总线 Delay(50); /1560us 后 接收60-240us的存在脉冲 dat=DQ; /如果x=0则初始化成功, x=1则初始化失败 Delay(25); /稍作延时返回 return dat;/*- 读取一个字节-*/unsigned char ReadOneChar(void)unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;for (i=0;i=1; DQ = 1; / 给脉冲信号 if(DQ) dat|=0x80; Delay(25); return(dat);/*- 写入一个字节-*/void WriteOneChar(unsigned char dat) unsigned char i=0; for (i=0;i=1; Delay(25);/*- 读取温度-*/unsigned int ReadTemperature(void)unsigned char a=0;unsigned int b=0;unsigned int t=0;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); / 跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0x44); / 启动温度转换DelayMs(10);Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); /跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0xBE); /读取温度寄存器等（共可读9个寄存器） 前两个就是温度a=ReadOneChar(); /低位b=ReadOneChar(); /高位b=8;t=a+b;return(t);/*- 定时器初始化子程序-*/void Init_Timer0(void) TMOD |= 0x01; /使用模式1，16位定时器，使用|符号可以在使用多个定时器时不受影响 /TH0=0x00; /给定初值 /TL0=0x00; EA=1; /总中断打开 ET0=1; /定时器中断打开 TR0=1; /定时器开关打开/*- 定时器中断子程序-*/void Timer0_isr(void) interrupt 1 static unsigned int num;TH0=(65536-2000)/256; /重新赋值 2ms TL0=(65536-2000)%256; 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