基于单片机数字温度计毕业设计.doc

湖南工业大学专科毕业设计（论文）摘 要本论文介绍了一种以单片机为主的控制器件，一种以DS18B20为温度传感器的新型数字温度计。主要包括硬件电路的设计和系统程序的编写。硬件电路主要包括主控制器，测温控制电路和显示电路等，主控制器采用AT89S51单片机，温度传感器采用美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20，显示电路采用8位共阴极LED数码管，74HC573为驱动的动态扫描显示。测温控制电路由传感器和预制温度比较电路组成。系统程序主要包括主程序，测温子程序和显示子程序等。DS18B20新型单总线数字温度传感器是DALLAS公司生产的单线数字温度传感器，集温度测量和A/D转换于一体，直接输出数字量，具有接口简单、精度高、抗干扰能力强、工作稳定可靠等特点。由于采用了改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，与传统的温度计相比，本数字温度计减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的点特点。DS18B20温度计还可以在高温报警、远距离多点测温控制等方面进行应用。关键词：STC89C52，DS18B20，数码管，动态显示ABSTRACTThis paper introduces a microcontroller based control device, a temperature sensortoDS18B20 for the new digital thermometer. Including hardware design and system procedures for the preparation. Hardware circuit includes a main controller, temperature control circuit and display circuit, the main controller uses STC89C52, DALLAS Semiconductor temperature sensor used by the U.S. companys DS18B20, display circuit with eight common cathode LED digital tube, 74HC573-driven dynamic scan display. Temperature control circuit from the sensor and the pre-comparison circuit temperature. System program including the main program, subroutine, and display routines such as temperature. DS18B20 new single-bus digital temperature sensor is produced by DALLAS-wire digital temperature sensor, set the temperature measurement and A / D conversion in one, the direct output of digital content, with a simple interface, high precision, strong anti-interference ability, stable and reliable, .As a result of improved temperature sensor DS18B20 as the detection of intelligent components, compared with the traditional thermometer, digital thermometer to reduce the external hardware circuitry, low cost and easy to use point features. DS18B20 thermometer can also be at a high temperature alarm, remote control multi-point temperature measurement applications in areas such as.Keywords: STC89C52, DS18B20, digital control, dynamic display目 录第1章 前言11.1 设计目标11.1.1 前景11.1.2 实现的可行性11.2 设计思路21.2.1 硬件设计思路21.2.2 软件设计思路2第2章 方案论证42.1 方案一：使用热敏电阻42.2 方案二：采用数字温度芯片DS18B204第3章 各电路设计及论证63.1 主控制器73.1.1 方案一：采用PC机实现73.1.2 方案二：使用单片机73.2 显示电路103.2.1 方案一：采用七段LED数码显示103.2.2 方案二：采用SMCI602A液晶显示模块芯片103.3 温度传感器的选择113.3.1 方案一：采用热敏电阻113.3.2 方案二：数字温度传感器DS18B2011第4章 软件设计184.1 软件总体设计流程184.2 模块设计184.2.1 读出温度流程184.2.2 温度处理流程194.2.3 LED 显示模块204.2.4 整体的温度处理及显示流程214.2 源程序214.3 软硬件系统的调试26结 论31参考文献32致 谢33附 录3437第1章 前言随着科学技术日益迅速的发展，数字监控系统已经深入到生活的各个方面。数字温度计作为数字监控系统的重要组成部分发挥着极其重要的作用。它克服了接触式温度计对传感器的耐热性能要求比较苛刻的缺点，使温度计无论在使用范围还是测量精度上都有了长足的进步。 本设计就是在这种广阔的应用背景下应运而生的。下面就本设计的设计目标和思路进行简单介绍。 1.1 设计目标 系统上电复位并初始化后，主控制器将发出略读电可擦除只读存储器及温度转换命令，然后执行读出温度和温度处理函数，最后用 4 位 LED 数码管显示温度值的百位、十位、个位及小数部分，以十进制方式显示。 1.1.1 前景 温度是工业中非常关键的一项物理量，在农业，现代科学研究和各种高新技术的开发和研究中也是一个非常普遍和常用的测量参数。 温度测量的原理主要是：将随温度变化而变化的物理参数，如膨胀、电阻、电容、热电动势、磁性、频率、光学特性等通过温度传感器转变成电的或其他信号，传给处理电路。最后转换成温度数值显示出来。 传统的温度测量方法基本上是接触式的，主要有：热膨胀式温度计，电阻式温度计，热电偶式温度计等。 这些接触式温度计的主要缺点是对传感器的耐热性能要求比较苛刻，所以对应的使用温度范围比较有限。它们的精度也大大限制了他们的应用领域。 此外，由于这些测量方法大都是接触式的，会污染一些高纯度，高腐蚀性的测量对象。目前应用的比较广泛的非接触温度测量技术有红外非接触温度测量技术，单总线数字式温度测量技术等等。此外，激光测量温度技术，基于彩色三基色的温度测量技术也开始成为温度测量的手段。随着科学技术的进一步发展，相信更多更先进的温度测量手段会出现并影响我们的生产、生活和社会生活的方方面面。 1.1.2 实现的可行性 在嵌入式系统设计中，LED 显示器是常用的显示设备之一，它具有使用方便、价格便宜、电路接口简单等优点，因此，在嵌入式系统中被广泛使用。 为了实现 LED 显示器的数字显示，可以采用静态显示法和动态显示法。由于静态显示法需要数据锁存器等硬件，接口复杂一些，考虑到温度计显示只有 4 位，且系统没有其它复杂的处理任务，所以计划采用动态扫描法实现 LED 显示。主控制器计划采用飞思卡尔公司的 MC9S12DG128 单片机，这种单片机具有足够的空余硬件资源，以便可以实现其它的扩充功能。数字温度计要求用 4 位共阴极 LED 数码管显示温度值的百位、十位、个位及小数部分，以十进制方式显示。 1.2 设计思路 主控制器采用飞思卡尔公司的 MC9S12DG128 单片机，这种单片机具有足够的空余硬件资源，以便可以实现其它的扩充功能。利用温度传感器 DS18S20 来实现测温，它可以实现-55 至+125的显示，本设计使用 4 位共阴极 LED 显示，可满足该范围内温度的显示。 1.2.1 硬件设计思路 硬件设计是整个系统的基础，要考虑的方方面面很多，除了实现此设计基本功能以外，主要还要考虑如下几个因素：系统稳定度；器件的通用性或易选购性； 软件编程的易实现性；系统其它功能及性能指标；因此硬件设计至关重要。 主要设计包括以下三部分： 单片机主控模块：采用 MC9S12DG128，单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。关于主控芯片的体系结构在第二章会有详细的介绍。 数字温度计模块：采用 DS18S20，DS18S20 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、实现单总线协议的温度传感器，它可以显示-55 至+125范围内的温度,采用单总线接口与 CPU 进行同步通信，在这个总线系统中，微处理器（主设备）识别并寻址在总线上的设备要使用每个设备的独一无二的 64 位码。DS18S20 能够不依靠额外的电能供应就能独立运行。它的主要特性在第三章有详细介绍。 LED 显示模块：在微控制器应用系统中，如果需要显示的内容只有数码和某些字母，则使用 LED 数码管是一种较好的选择。LED 数码管显示清晰，成本低廉，配置灵活，与微控制器的接口简单易行。LED 显示器有动态扫描和静态显示两种方式，动态扫描需要耗费大量的 MCU 时间，且亮度不够；而静态显示亮度高，MCU 负担小，但由于温度测量精度的要求较高，所以本设计采用 LED 动态扫描。 1.2.2 软件设计思路 程序比较简单，初始化完成后，调用读出温度子程序，将温度寄存器中的温度读出，然后调用温度处理子程序，将温度数据转换成十进制值并送 LED 显示。主要模块有读出温度模块、温度处理模块和 LED 显示模块。 读出温度模块：首先复位后发送略读 ROM 命令,由于本设计总线上只有一个 DS18S20，因而总线控制器不用提供 64 位 ROM 编码就使用存储器操作命令。其次发送读取超高速中间结果存储器命令，用于将超高速中间结果存储器中的内容读出。读出后存放在一个 16位数组 temp_data中，其中将低 8 位放在 temp_data0中，高 8 位放在 temp_data1中。再次复位并再发略读 ROM 命令，以便读出下一个温度值。最后发送温度转换命令。 温度处理模块：首先判断读出的温度数据是正还是负，若为负则取补码；其次取出temp_data0中的bit0位并放入display0,该部分为温度值的小数部分； temp_data0中的剩余部分为温度值的整数部分，并分别取出百位、十位、个位数分别放在 display3、display2和 display1中；最后对符号位是否显示做出处理。 LED 显示模块：由于 LED 数码管有共阳极和共阴极之分，而本设计采用的是共阴极数码管，因此需定义共阴极的十六进制数据到段码的转换表。本模块使用全局变量DispDigMsk 指向下一个要显示的数码；使用 DispSegTblDISP_N_DIG表示与每个要显示的数码相对应的段码；使用 DispSegTblIx 表示指向下一个要显示数码在段码表中的位置。具体处理步骤如下： 1、进行与显示驱动相关的 I/O 引脚初始化 2、中断显示处理： （1） 清模计数器中断标志 （2） 选择下一个要显示的数码 （3） 输出该数码的段码 （4） 调整指针。如果在指向下一个段码时发现已经到了最后一个则返回第一个，否则指针后移并且 DispDigMsk 指向下一个要显示的数码。LED 的动态扫描功能通过以上步骤的循环实现。第2章 方案论证该系统主要由温度测量和数据采集两部分电路组成，实现的方法有很多种，下面将列出两种在日常生活中和工农业生产中经常用到的实现方案。2.1 方案一：使用热敏电阻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，在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。2.2 方案二：采用数字温度芯片DS18B20采用数字温度芯片DS18B20 测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在0100 摄氏度时，最大线形偏差小于1 摄氏度。DS18B20 的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89S51构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。采用51 单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。控制工作，还可以与PC 机通信上传数据，另外AT89S51 在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。该系统利用AT89S51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。该系统扩展性非常强，它可以在设计中加入时钟芯片DS1302以获取时间数据，在数据处理同时显示时间，并可以利用AT24C16芯片作为存储器件，以此来对某些时间点的温度数据进行存储，利用键盘来进行调时和温度查询，获得的数据可以通过MAX232芯片与计算机的RS232接口进行串口通信，方便的采集和整理时间温度数据。系统框图如图1.1所示显示电路单片机驱动电路按键输入电路测温电路时钟电路复位电路扩展接口：对时间和温度信息定点存储，并与计算机进行数据交换报警电路图2.1 DS18B20温度测温系统框从以上两种方案，容易看出方案一的测温装置可测温度范围宽、体积小，但是线性误差较大。方案二的测温装置电路简单、精确度较高、实现方便、软件设计也比较简单，故本次设计采用了方案二。第3章 各电路设计及论证温度计电路设计原理图如图3.1所示,控制器使用单片机AT89C2051,温度计传感器使用DS18B20,用数码管实现温度显示。本温度计大体分三个工作过程。首先，由DS18820温度传感器芯片测量当前的温度，并将结果送入单片机。然后，通过89C205I单片机芯片对送来的测量温度读数进行计算和转换，井将此结果送入显示模块。由图2.1可看到，本电路主要由DSl8820温度传感器芯片、数码管显示模块和89C2051单片机芯片组成。其中，DSI8B20温度传感器芯片采用“一线制”与单片机相连，它独立地完成温度测量以及将温度测量结果送到单片机的工作。图3.1 温度计电路设计原理图3.1 主控制器3.1.1 方案一：采用PC机实现此方案采用PC机实现。它可在线编程，可在线仿真的功能，这让调试变得方便。且人机交互友好。但是PC机输出信号不能直接与DS18B20通信。需要通过RS232电平转换兼容，硬件的合成在线调试，较为繁琐，很不简便。而且在一些环境比较恶劣的场合，PC机的体积大，携带安装不方便，性能不稳定，给工程带来很多麻烦！3.1.2 方案二：使用单片机使用单片机，对于单片机的选择，可以考虑使用8031与8051系列，由于8031没有内部RAM，系统又需要大量内存存储数据，因而不适用。AT89S51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗，高性能 CMOS8 位单片机，片内含 4kbytes 的可编程的 Flash 只读程序存储器,兼容标准 8051 指令系统及引脚。它集 Flash 程序存储器既可在线编程（ISP），也可用传统方法进行编程，所以低价位 AT89S51单片机可为提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域，对于简单的测温系统已经足够。单片机AT89S51 具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。主要特性如下与MCS-51 兼容4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 89S51 引脚功能介绍图3.2 AT89S51单片机引脚图AT89S51单片机为40引脚双列直插式封装。 其引脚排列和逻辑符号如图3.2所示: 各引脚功能简单介绍如下：VCC：供电电压GND：接地P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每个管脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部电位必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入“1”后，电位被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。作为输入时，P2口的管脚电位被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉的优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILL)，也是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口：P3.0 RXD(串行输入口)l P3.1 TXD(串行输出口)l P3.2 INT0(外部中断0)l P3.3 INT1(外部中断1)l P3.4 T0(记时器0外部输入)l P3.5 T1(记时器1外部输入)l P3.6 WR (外部数据存储器写选通)l P3.7 RD (外部数据存储器读选通)同时P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE / PROG ：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，每个机器周期PSEN两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。EA/VPP：当EA保持低电平时，访问外部ROM；注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，访问内部ROM。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。单片机AT89C2051具有低电压供电和小体积等特点，两个端口刚好满足电路系统的设计需要，很合适携手特式产品的使用。主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。必须先启动DS18B20开始转换，再读出温度转换值。3.2 显示电路3.2.1 方案一：采用七段LED数码显示采用七段LED数码显示，LED显示器内部由7段发光二极管组成，因此亦称之为七段LED显示器，由于主要用于显示各种数字符号，故又称之为LED数码管。每个显示器还有一个圆点型发光二极管，用于显示小数点。但其编程相对复杂，可显示字符比较少。但是本设计采用此种方案。3.2.2 方案二：采用SMCI602A液晶显示模块芯片采用SMCI602A液晶显示模块芯片，该芯片可显示162个字符，比以前的七段数码管LED显示器在显示字符的数量上要多得多。另外，由于SMCl602芯片编程比较简单，界面直观，因此更加易于使用者操作和观测。SMCl602A芯片的接口信号说明如表2.1所列。表3.1 SMCl602A芯片的接口信号说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据I/O2VDD电源正极10D3数据I/O3VL液晶显示偏压信号11D4数据I/O4RS数据/命令选择端12D5数据I/O5R/W读/写选择端13D6数据I/O6E使能信号14D7数据I/O7D0数据I/O15BLA背光正极8D1数据I/O16BLK背光负极3.3 温度传感器的选择3.3.1 方案一：采用热敏电阻采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的。而且在温度测量系统中,采用单片温度传感器,比如AD590,LM35等.但这些芯片输出的都是模拟信号,必须经过A/D转换后才能送给计算机,这样就使得测温装置的结构较复杂.另外,这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器,不能进行多点测量.即使能实现，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。3.3.2 方案二：数字温度传感器DS18B20由于传统的热敏电阻等测温元件测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部元件支持，且硬件电路复杂，制作成本相对较高。这里采用DALLAS公司的数字温度传感器DS18B20作为测温元件。3.3.2.1 DS18B20简单介绍DALLAS 最新单线数字温度传感器DS18B20是一种新型的“一线器件”，其体积更小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。DALLAS 半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。温度测量范围为-55+125 摄氏度，可编程为9位12 位转换精度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在EEPROM 中，掉电后依然保存。被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可以在远端引入，也可以采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3 根或2 根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。DS18B20 的性能特点如下：独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电温范围55125，在-10+85时精度为0.5零待机功耗可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快用户可定义报警设置报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作以上特点使DS18B20非常适用与多点、远距离温度检测系统。DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列、各种封装形式如图 4 所示，DQ 为数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源；GND为地信号；VDD为可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。其电路图3.3所示图3.3 外部封装形式图3.4 传感器引脚图3.3.2.2 DS18B20使用中的注意事项DS18B20 虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：DS18B20 从测温结束到将温度值转换成数字量需要一定的转换时间，这是必须保证的，不然会出现转换错误的现象，使温度输出总是显示85。在实际使用中发现，应使电源电压保持在5V 左右，若电源电压过低，会使所测得的温度精度降低。较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用PL/M、C等高级语言进行系统程序设计时，对DS1820操作部分最好采用汇编语言实现。在DS18B20的有关资料中均未提及单总线上所挂DS18B20 数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS18B20，在实际应用中并非如此，当单总线上所挂DS18B20 超过8 个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。在DS18B20测温程序设计中，向DS18B20 发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20的返回信号，一旦某个DS18B20 接触不好或断线，当程序读该DS18B20 时，将没有返回信号，程序进入死循环，这一点在进行DS18B20硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。3.3.2.3 DS18B20内部结构图为DS1820的内部框图，它主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器（内含便笺式RAM），用于存储用户设定的温度上下限值的TH和TL触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码（CRC）发生器等七部分。DS18B20采用3脚PR35 封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图3.5所示图3.5 DS18B20内部结构框图64 b闪速ROM的结构如下：表3.2 ROM的结构8bit检验CRC48bit序列号8bit工厂代码（10H） MSBLSB MSB LSB MSBLSB开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48 位，最后8位是前面56 位的CRC 检验码，这也是多个DS18B20 可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器和，可通过软件写入户报警上下限DS18B20 温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存和一个非易失性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM 的结构为字节的存储器，结构如图3.6所示便笺式存储器（上电状态）温度测量值LSB(50H)温度测量值MSB(50HTH高温寄存器TL低温寄存器配位寄存器预留（FFH）预留（OCH）预留（IOH）循环冗余码校验(CRC)(85)E2PROMByte0Byte1TH高温寄存器TL低温寄存器配位寄存器Byte2Byte3Byte4Byte5Byte6Byte7Byte8 图 3.6 高速暂存RAM结构图前2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节和的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。其温度值如下：表3.2 温度数值表温度低位温度高位THTL配置保留保留保留8位CRCLSB MSB当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1，2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，数据格式以0.062 5 /LSB形式表示。温度值格式如下：表3.3 转换后的温度值232221202-12-22-32-4MSB LSBSSSSS262524MSB LSB 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。图中，S表示位。对应的温度计算：当符号位S=0时，表示测得的温度植为正值，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，表示测得的温度植为负值，先将补码变换为原码，再计算十进制值。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。DS18B20温度传感器主要用于对温度进行测量，数据可用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，并以0.0625LSB形式表示。表2是部分温度值对应的二进制温度表示数据。表3.4 部分温度值温度/二进制表示十六进制表示+12500000111 1101000007D0H+25.062500000001 100100010191H+0.500000000 000010000008H000000000 000000000000H-0.511111111 11111000FFF8H-25.062511111110 01101111FE6FH-5511111100 10010000FC90HDS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容作比较，若TTH或TTL,则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的告警搜索命令作出响应。因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行告警搜索。在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（CRC）。主机根据ROM的前 56位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数 据是否正确。3.3.2.4 DS18B20测温原理DS18B20的测温原理如图8所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量.计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器 1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器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图2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，于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。图3.7 DS18B20测温原理图在正常测温情况下，DS1820的测温分辨力为0.5，可采用下述方法获得高分辨率的温度测量结果：首先用DS1820提供的读暂存器指令（BEH）读出以0.5为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位（LSB），得到所测实际温度的整数部分Tz，然后再用BEH指令取计数器1的计数剩余值Cs和每度计数值CD。考虑到DS1820测量温度的整数部分以0.25、0.75为进位界限的关系，实际温度Ts可用下式计算： Ts=（Tz-0.25）+(CD-Cs)/CD（3.1） 第4章 软件设计本章介绍数字温度计的软件设计部分。该部分主要包括：软件总体设计流程、模块设计及测试。其中，模块设计介绍了数字温度计实现依赖的 3 个功能模块，它们分别是：读出温度模块、温度处理模块和 LED 显示模块。测试部分介绍了测试的意义、环境和测试用例。4.1 软件总体设计流程 主程序比较简单，初始化完成后，调用读出温度、温度处理及 LED 显示程序，取得温度显示。系统主程序主要完成温度显示功能，总体设计流程如下图所示：图4.1 DS18S20数字温度计主流图4.2 模块设计 本设计的主要模块有读出温度模块、温度处理模块和LED显示模块。 4.2.1 读出温度流程 温度传感器测出温度后会将数据存储在上、下限报警寄存器 TH 和 TL 里，要实现读出温度，要将 TH 和 TL 中的数据读出。TH和TL是两个8位寄存器，因此在读这两个寄存器中的数据时需要一个16 位数组来存放分别来自 TH 和 TL 的数据。具体流程如下图：图4.2 读出温度流程图4.2.2 温度处理流程 温度处理是将读出的温度数据转换成区分整数部分与小数部分的 BCD 值，并对温度的正负做出判断处理的函数。具体流程见下图：图4.3 温度处理流程图4.2.3 LED 显示模块 LED 显示模块的作用是将处理好的数据显示出来。该部分要完成 16 进制到 7 段数码的段码转换，并最终将正确的段码输出，以此点亮相应的数码管。具体流程如下图所示：图4.4 LED显示流程图4.2.4 整体的温度处理及显示流程图4.5 整体的温度处理及显示流程4.2 源程序#include #include unsigned char code displaybit=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;unsigned char code displaycode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00,0x40;unsigned char code dotcode32=0,3,6,9,12,16,19,22,25,28,31,34,38,41,44,48,50,53,56,59,63,66,69,72,75,78,81,84,88,91,94,97;unsigned char displaycount;unsigned char displaybuf8=16,16,16,16,16,16,16,16;unsigned char timecount;unsigned char readdata8;sbit DQ=P37;bit sflag;bit resetpulse(void)unsigned char i;DQ=0;for(i=255;i0;i-);DQ=1;for(i=60;i0;i-);return(DQ);for(i=200;i0;i-);void writecommandtods18b20(unsigned char command)unsigned char i;unsigned char j;for(i=0;i0;j-);DQ=1;elseDQ=0;for(j=2;j0;j-);DQ=1;for(j=33;j0;j-);command=_cror_(command,1); unsigned char readdatafromds18b20(void)unsigned char i;unsigned char j;unsigned char temp;temp=0;for(i=0;i0;j-);if(DQ=1)temp=temp | 0x80;elsetemp=temp | 0x00;for(j=200;j0;j-);return(temp);void main(void)TMOD=0x01;TH0=(65536-4000)/256;TL0=(65536-4000)%256;ET0=1;EA=1;while(resetpulse();writecommandtods18b20(0xcc);writecommandtods18b20(0x44);TR0=1;while(1);void t0(void) interrupt 1 using 0unsigned char x;unsigned int result;TH0=(65536-4000)/256;TL0=(65536-4000)%256;if(displaycount=2)P0=displaycodedisplaybufdisplaycount | 0x80;elseP0=displaycodedisplaybufdisplaycount;P2=displaybitdisplaycount;displaycount+;if(displaycount=8)displaycount=0;timecount+;if(timecount=150)timecount=0;while(resetpulse();writecommandtods18b20(0xcc);writecommandtods18b20(0xbe);readdata0=readdatafro