DSB温传感器的设计

1、封面作者： PanHongliang仅供个人学习学习情境4-温度传感器的设计之 基于DS18B20温度传感器的设计 点名，引言Dallas 公司的数字化温度传感器 DS1820 是世界上第一片支持 一线总线接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地 组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。其测量温度范围为 - 55 C+125C，在-10+85 C 范围内，精度为0.5 C。现场温度直接以 一线总线 的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境 的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。DS18B20 可以程序设定 912 位的分辨

2、率，精度为0.5 C。可选更 小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温 度存储在EEPROM 中，掉电后依然保存。 DS18B20 的性能是新一代产品 中最好的！性能价格比也非常出色！省略了存储用户定义报警温度、分辨 率参数的 EEPROM，精度降低为坐C,适用于对性能要求不高，成本控 制严格的应用，是经济型产品。 新课讲授4.1 基于 DS18B20 温度传感器的设计表4.11 DS18B20 技术资料1. DS18B20 的新性能(1) 可用数据线供电，电压范围： 3.0-5.5V ；测温范围：-55 - +125C，在-10 - +85C时精度为0.5C；可编程的

3、分辨率为 912 位，对应的可分辨温度分别为 0.5C、0.25C、0.125C和 0.0625C ；(4) 12 位分辨率时最多在 750ms 内把温度值转换为数字；(5) 负压特性：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。2. DS18B20 的外形和内部结构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 的管脚排列如下：图 4-1-1DS18B20 外形图引脚定义：(1)DQ 为数字信号输入 / 输出端；(2)GND 为电源地；(3)VDD 为外接供电电源输入端(在寄生电

4、源接线方式时接地)。内部结构：图 4-1-2 DS18B20 内部结构图DS18B20 有 4 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 D S18B20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 D S18B20 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

5、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 0.0625C/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+125C的数字输出为 07D0H， +25.0625C的数字输出为 0191H， - 25.06

6、25C的数字输出为 FF6FH，-55C的数字输出为 FC90H。(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：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 2 配置寄存器结构TMR1R01111

7、1表 3 温度值分辨率设置表R1R0分辨率温度最大转换时间009 位93.75ms0110 位187.5ms1011 位375ms1112 位750ms3.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 4 DS

8、18B20 暂存寄存器分布寄存器内容字节地址温度值低位0温度值咼位1高温限值 TH2低温限值 TL3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC 检验8根据 DS18B20 的通讯协议，主机控制 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，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，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 5 ROM 指令表指令约

9、定代码功能读 ROM33H读 DS1820ROM 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 ROM0F0H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。表 6 RAM 指令表指令约定代码功能温度变换44H启动

10、DS1820 进行温度转换，转换时最长为500ms (典型为 200ms )。结果存入内部 9 字节 RAM 中。读暂存器0BEH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“1”5. DS1820 使用中注意事项DS

11、1820 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：(1)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 DS1820 的有关资料中均未提及单总线上所挂 DS1820 数量问题， 容易使人误认为可以挂任意多个 DS1820， 在实际应用中并非如此。 当单总线 上所挂 DS1820超过 8 个时，就

12、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(3) 连接 DS1820 的总线电缆是有长度限制的。实验中，当采用普通信号 电缆传输长度超过 50m 时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为 双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达 150m ，当采用每 M 绞合次数更多的 双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布 电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用 DS1820 进行长距离测温系统设 计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。(4) 在 DS1820 测温程序设计中，向 DS1820 发出温度转换命令后，程序 总要等待 DS18

13、20 的返回信号，一旦某个 DS1820 接触不好或断线，当程序读 该 DS1820时，将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行 DS1820 硬 件连接和软件设计时也要给予一定的重视。测温电缆线建议采用屏蔽 4 芯双绞线， 其中一对线接地线与信号线， 另一组 接 VCC和地线，屏蔽层在源端单点接地。4.1 2 系统硬件设计硬件结构比较简单，具体连接如图 4-1-3 所示：图 4-1-3 硬件系统结构4.1.3 软件系统设计DSl8B20 必须严格按照单总线通信协议，以保证数据的完整性。该协议定 义了几种时隙类型：初始化、应答、写 1 、写 0、读 1 、读 0。除了应答时隙所 有这些时隙

14、都是有主机发出。总线上所传输的所有命令和数据都是字节的低位 在前。1)初始化时隙复位时隙和应答时隙。在初始化过程中，主机发送复位脉冲（最短为480 pS的低电平信号 ）接着，释放总线并进入接收状态。当总线被释放后上拉电阻将总 线拉高。 DSl8B20 在检测到总线的上升沿之后等待 15-60uS 接着发出应答脉冲 （低电平持续 60-240pS）。（2）读和写时隙在写时隙期间，主机向 DS18B20 写入数据；而在读时隙期间，主机读入 来自DS18B20 的数据。在每一个时隙，总线只能传输一位数据。存在两种写时隙，即写 1 和写 0。主机在写 1 时隙向 DS18B20 写入逻辑1。而在写 0

15、 时隙向 DS18B20 写入逻辑 0。所有写时隙至少需要 60 必，而且 两次写I 时隙之间至少需要 IPS 的恢复时间。两种写时隙均以主机拉低总线开 始。产生写 1 时隙：主机拉低总线后，必须在 15uS 内释放总线。然后由上拉 电阻将总线拉至高电平。产生写 0 时隙：主机拉低总线后，必须在整个时隙期间保持低电平 （至少60pS）。在写时隙开始后的 1 560pS 期间，DSI8B20 采样总线的状态。如果总线为高电，则逻辑 1 被写入 DSI8B20 ；如果总线为低电平，则 0 逻辑被写入DSI8B20 。读时隙： DSI8B20 只能在主机发出读时隙时才能向主机传送数据。所以主 机在发

16、出读数据命令后，必须马上产生读时隙，以便 DSI8B20 能够传送数据。 所有读时隙至少 60ps,且在两次独立的读时隙之间至少需要1PS 的恢复时每次读时隙由主机发起，拉低总线至少 1Q。在主机发起读时隙之后， DSI8B20开始在总线上传送 1 或 0。若 DS18B20 发送 1，则保持总线为高电 平；若发送 0,则拉低总线。当传送 0 时，DSI8B20 在该时隙结束时释放总 线，再由上拉电阻将总线拉回空闲高电平状态。 DS18B20 发出的数据在读时隙 下降沿起始后的 1 5uS 内有效，因此主机必须在读时隙开始后的 15 必内释放 总线，并且采样总线状态。其程序流程图如下图所示。图

17、 4-1-3DS18B20 程序流程所以在软件设计方面，我们主要是读取温度函数和温度显示函数的编写。1 、 读取温度函数图 4-1-4 读温度子程序流程图图 4-1-5 温度转换子程序流程图void Read_Temperature()if(Init_DS18B20()=1) /DS18B20DS18B20_IS_0K=0 。eIseWrite0neByte(0 xcc) 。Write0neByte(0 x44) 。Init_DS18B20() 。Write0neByte(0 xcc) 。故障/ 跳过读取 DS18B20 的系列号/ 启动温度转换/ 跳过读取 DS18B20 的系列号Temp_

18、Value0 = ReadOneByte() 。 / 温度低 8 位Temp_Value1 = ReadOneByte() 。 / 温度高 8 位 DS18B20_IS_OK=1 。上述代码中，未读取 DS18B20 的系列号。2、 温度显示函数void Display_Temperature()uchar i 。/ 延时值和负数标志uchar t = 150, ng = 0 。/ 高 5 位全为 1(0XF8 )则为负数，为负数时取反加 1，并设置 负数标识if(Temp_Value1&0 xf8)=0 xf8)Temp_Value1 = Temp_Value1。Temp_Value

19、0 = Temp_Value0+1。if(Temp_Value0=0 x00)Temp_Value1+ 。/ 负数标识置 1ng = 1WriteOneByte(0 xbe)/ 读取温度寄存器/ 查表得到温度小数部分Display_Digit0 = df_TableTemp_Value0&0 x0f。/ 获取温度整数部分(高字节中的低 3 位和低字节中高 4 位，无 符号)CurrentT = (Temp_Value0&0 xf0)4) | (Temp_Value1&0 x07)4) 。/ 将整数部分分解为 3 位待显示的显示数字Display_Digit3 = Cur

20、rentT/100。Display_Digit2 = CurrentT%100/10。Display_Digit1 = CurrentT%10。/ 刷新 LCD 显示缓冲Current_Temp_Display_Buffer11 = Display_Digit0 + 0 。Current_Temp_Display_Buffer10 = . 。Current_Temp_Display_Buffer9 = Display_Digit1 + 0。Current_Temp_Display_Buffer8 = Display_Digit2 + 0。Current_Temp_Display_Buffer7

21、 = Display_Digit3 + 0。/ 高位为零时不显示if(Display_Digit3 = 0)Current_Temp_Display_Buffer7 = 。if(Display_Digit2 = 0&Display_Digit3=0)Current_Temp_Display_Buffer8 = 。/ 负数符号显示在恰当的位置if(ng)if(Current_Temp_Display_Buffer8 = )Current_Temp_Display_Buffer8 = - elseif(Current_Temp_Display_Buffer7 = )Current_Temp

22、_Display_Buffer7 = - elseCurrent_Temp_Display_Buffer6 = -/ 在第一行显示标题Set_LCD_POS(0 x00) 。for(i=0。i16。i+)Write_LCD_Data(Temp_Disp_Titlei) 。/ 在第二行显示当前温度Set_LCD_POS(0 x40) 。for(i=0 。 i16 。 i+)Write_LCD_Data(Current_Temp_Display_Bufferi)/ 显示温度符号Set_LCD_POS(Ox4D)。Write_LCD_Data(OxOO)。Set_LCD_POS(0 x4E)。 Wr

23、ite_LCD_Data(C) 。 课堂小结这节课我们主要介绍了温度传感器 DS18B2O 的工作特点，控制指令以 及应用方法。着重分析了读取温度函数的设计和温度显示函数的编写。为 我们学习其他温度传感器打下了一定的基础。 完整程序代码#include #include #define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define delayNOP() _nop_()。 _nop_() 。 _nop_() 。 _nop_() 。sbit DQ = P3A3。sbit LCD_RS =卩2人0 。sbit LCD_RW = P2A1 。s

24、bit LCD_EN = P2A2 。uchar code Temp_Disp_Title=CurrentTemp(zxb)。uchar Current_Temp_Display_Buffer= Temp = / 温度字符uchar code Temperature_Char8 = 0 x0c,0 x12,0 x12,0 x0c,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00 / 温度小数位对照表uchar code df_Table=0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9 。uchar CurrentT = 0。 / 当前读取的温度整数部分uchar Temp_Val

25、ue=0 x00,0 x00。 / 从 DS18B20 读取的温度值uchar Display_Digit=0,0,0,0 。 / 待显示的各温度数位bit DS18B20_IS_OK = 1 。 / 传感器正常标志void DelayXus(uint x)uchar i 。while(x-)for(i=0 。i200。i+)。bit LCD_Busy_Check()bit result 。LCD_RS = 0 。LCD_RW = 1 。LCD_EN = 1delayNOP() 。result = (bit)(P0&0 x80)。LCD_EN=0 。return result 。voi

26、d Write_LCD_Command(uchar cmd)while(LCD_Busy_Check() 。LCD_RS = 0 。LCD_RW = 0 。LCD_EN = 0 。_nop_() 。_nop_() 。P0 = cmd 。delayNOP() 。LCD_EN = 1 。delayNOP() 。LCD_EN = 0 。void Write_LCD_Data(uchar dat)while(LCD_Busy_Check()LCD_RS = 1LCD_RW = 0 。LCD_EN = 0 。P0 = dat 。delayNOP() 。LCD_EN = 1 。delayNOP() 。LC

27、D_EN = 0 。void LCD_Initialise()Write_LCD_Command(0 x01)Write_LCD_Command(0 x38)Write_LCD_Command(0 x0c)Write_LCD_Command(0 x06)void Set_LCD_POS(uchar pos)Write_LCD_Command(pos|0 x80)void Delay(uint x)DelayXus(5) 。DelayXus(5) 。DelayXus(5) 。DelayXus(5) 。while(-x) 。uchar Init_DS18B20()/ 初始化uchar status

28、 。DQ = 1 。Delay(8) 。DQ = 0 。Delay(90) 。DQ = 1 。Delay(8) 。status= DQ 。Delay(100) 。DQ = 1 。return status 。uchar ReadOneByte()/ 读一个字节uchar i,dat=0 。DQ = 1 。 _nop_() 。for(i=0 。i= 1 。DQ = 1 。_nop_() 。 _nop_() 。if(DQ)dat |= 0X80 。Delay(30) 。DQ = 1 。return dat 。void WriteOneByte(uchar dat) / 写一个字节uchar i 。

29、for(i=0 。i= 1 。void Read_Temperature()/ 读取温度if(Init_DS18B20()=1) /DS18B20DS18B20_IS_OK=0 。elseInit_DS18B20() 。WriteOneByte(0 xcc) 。/ 跳过读取 DS18B20的系列号WriteOneByte(0 x44) 。/ 启动温度转换WriteOneByte(0 xcc) 。/ 跳过读取 DS18B20的系列号WriteOneByte(0 xbe)/读取温度寄存器Temp_Value0 = ReadOneByte()Temp_Value1 = ReadOneByte()DS

30、18B20_IS_OK=1 。void Display_Temperature()/uchar i 。/ 延时值和负数标志uchar t = 150, ng = 0。 / 温度低 8 位。 / 温度高 8 位在 LCD 上显示当前温度故障/ 高 5 位全为 1 （ 0XF8 ）则为负数，为负数时取反加 1，并设置负数标识if(Temp_Value1&0 xf8)=0 xf8)Temp_Value1 = Temp_Value1。Temp_Value0 = Temp_Value0+1。if(Temp_Value0=0 x00)Temp_Value1+ 。ng = 1 。 / 负数标识置 1

31、/ 查表得到温度小数部分Display_Digit0 = df_TableTemp_Value0&0 x0f。/ 获取温度整数部分(高字节中的低 3 位和低字节中高 4 位，无符号)CurrentT = (Temp_Value0&0 xf0)4) | (Temp_Value1&0 x07)4)/ 将整数部分分解为 3 位待显示的显示数字Display_Digit3 = CurrentT/100。Display_Digit2 = CurrentT%100/10。Display_Digit1 = CurrentT%10。/ 刷新 LCD 显示缓冲Current_Temp_D

32、isplay_Buffer11 = Display_Digit0 + 0。Current_Temp_Display_Buffer10 = .。Current_Temp_Display_Buffer9 = Display_Digit1 + 0。Current_Temp_Display_Buffer8 = Display_Digit2 + 0Current_Temp_Display_Buffer7 = Display_Digit3 + 0/ 高位为零时不显示if(Display_Digit3 = 0)Current_Temp_Display_Buffer7 = 。if(Display_Digit2

33、 = 0&Display_Digit3=0)Current_Temp_Display_Buffer8 = 。/ 负数符号显示在恰当的位置if(ng)if(Current_Temp_Display_Buffer8 = )Current_Temp_Display_Buffer8 = -else if(Current_Temp_Display_Buffer7 = )Current_Temp_Display_Buffer7 = - elseCurrent_Temp_Display_Buffer6 = -/ 在第一行显示标题Set_LCD_POS(0 x00) 。for(i=0 。i16。i+)

34、Write_LCD_Data(Temp_Disp_Titlei)/ 在第二行显示当前温度Set_LCD_POS(0 x40) 。for(i=0 。i16。i+)Write_LCD_Data(Current_Temp_Display_Bufferi)/ 显示温度符号Set_LCD_POS(0 x4D) 。Write_LCD_Data(0 x00) 。Set_LCD_POS(0 x4E) 。Write_LCD_Data(C) 。void main()LCD_Initialise() 。Read_Temperature() 。Delay(50000) 。Delay(50000) 。while(1)Read_Temperature() 。if(DS18B20_IS_OK)Display_Temperature()DelayXus(IOO)。版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整 理。版权为潘宏亮个人所有This article in elude