7数字温度计.ppt

1、,基础篇,项目7DS18B20工作原理,一任务描述介绍数字温度传感器DS18B20的工作原理，了解其内部结构及相关寄存器的使用方法。二DS18B20简介数字温度传感器DS18B20作为温度检测元件，硬件电路简单，节省系统成本并提高了系统可靠性。DS18B20主要具有以下特点：（1）采用单总线（1-wirebus）通信方式，仅需一条口线即可实现与单片机进行数据传输；（2）具有3引脚小体积封装方式，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；（3）测温范围为550C1250C；（4）电源供电范围为3.05.5V；（5）可编程为912位数字量输出（自带模数转换ADC）；（6）支持多点组网

2、功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温；（7）在每个DS18B20器件都有独一无二的序列号。,基础篇,表7-1DS18B20详细引脚功能描述,三.DS18B20内部结构1.引脚功能DS18B20为三引脚元件，外形同普通三极管，见右图，引脚功能详见表。,基础篇,（1）64位ROM的位结构如下表所示。开始8位为产品类型编号，接着是每个器件的惟一序号，共有48位，最后8位是前面56位的CRC验证码。非易失性温度报警触发器TH与TL，可通过软件写入报警上下限。,MSBLSBMSBLSBMSBLSB,2.DS18B20内部结构DS18B20主要由64位ROM、温度传感器、非挥发

3、的温度报警触发器TH和TL、及配置寄存器等组成。,基础篇,（2）9字节高速缓存存储器，结构如表7-2所示。,表7-2高速缓存存储器结构,第1、第2字节为所测温度信息；第3、第4字节为TH与TL的考贝，是易失性的，上电复位时被刷新；第5字节为配置寄存器，用于确定温度值的数字分辩率。该字节低5位始终为1，各位具体定义如下：,TM:测试模式位，该位已被设置为0R1、R0：分辩率设置位，即温度转换的精度位数,基础篇,表7-3DS18B20分辩率设置,DS18B20温度转换时间与分辩率有关，分辩率愈高，转换时间愈长。高速缓存第6、7、8字节保留未用；第9字节读出前面所有8字节的CRC码，用来校验通信数据

4、的正确性。,基础篇,（3）温度数据值格式。DS18B20接收到温度转换命令后，启动温度转换，并将转换后的温度值以16位带符号二进制补码形式存储在高速缓存存储器的每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0.0625LSB形式表示。,LS字节,其中“S”为符号标志位：当符号位S=0时，表示测得温度值为正，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，表示测得温度值为负,先将补码变换为原码，再计算十进制值。表7-4为部分温度值与二进制温度数据的对应关系。,MS字节,图7-3温度数据值格式,基础篇,表7-4DS18B20温度与二进制温度数据对应关系,DSI8B20完

5、成温度转换后，就把测得的温度值与TH、TL做比较，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做出响应。,基础篇,四、DSl8B20工作命令工作时，DS18B20主机（单片机）可以使用各种命令对DSI8B20进行操作。操作过程为:初始化DS18B20、发ROM功能命令、发存储器操作命令。1读ROM33H这个命令允许总线控制器读到DS18B20的8位系列编码、唯一的序列号和8位CRC码。只有在总线上存在单只DS18B20的时候才能使用这个命令。2匹配ROM55H这个是匹配ROM命令，后跟64位ROM序列，让总线控制器在多点总线上定位一只特定的DS18B20。只有和64

6、位ROM序列完全匹配的DS18B20才能响应随后的存储器操作。3跳过ROM0CCH这条命令允许总线控制器不用提供64位ROM编码就使用存储器操作命令，在单点总线情况下，可以节省时间。,基础篇,4搜索ROM0F0H当一个系统初次启动时，总线控制器可能并不知道单线总线上有多少器件或它们的64位ROM编码。搜索ROM命令允许总线控制器用排除法识别总线上的所有从机的64位编码。5报警搜索0ECH这条命令的流程和SearchROM相同。然而，只有在最近一次测温后遇到符合报警条件的情况，DS18B20才会响应这条命令。报警条件定义为温度高于TH或低于TL。6写暂存存储器4EH这个命令向DS18B20的暂存

7、器TH和TL中写入数据。可以在任何时刻发出复位命令来中止写入。7写暂存存储器0BEH这个命令读取暂存器的内容。读取将从第1个字节开始，一直进行下去，直到第9（CRC）字节读完。如果不想读完所有字节，控制器可以在任何时间发出复位命令来中止读取。,基础篇,8拷贝暂存存储器48H这个命令把暂存器的内容拷贝到DS18B20的E2ROM存储器里，即把温度报警触发字节存入非易失性存储器里。如果总线控制器在这条命令之后跟着发出读时间隙，而DS18B20又忙于把暂存器拷贝到E2存储器，DS18B20就会输出一个0，如果拷贝结束的话，DS18B20则输出1。9温度转换44H这条命令启动一次温度转换而无需其它数据

8、。温度转换命令被执行，而后DS18B20保持等待状态。如果总线控制器在这条命令之后跟着发出时间隙，而DS18B20又忙于做温度转换的话，DS18B20将在总线上输出0，若温度转换完成，则输出1。10重新调出0B8H这条命令把报警触发器里的值拷贝回暂存器。这种拷贝操作在DS18B20上电时自动执行，这样器件一上电暂存器里马上就存在有效的数据了。若在这条命令发出之后发出读数据隙，器件会输出温度转换忙的标识：0为忙，1为完成。11读电源0B4H,基础篇,五、DSl8B20工作时序作为单总线器件，DSl8B20与单片机间采用串行数据传输方式，要求按照严格的时隙进行操作。主机使用时间隙来读写DSl8B2

9、0的数据位和写命令字的位（在此所有程序均采用12M晶振），单片机P3.7引脚接DSl8B20数据线。1初始化DS18B20对DSl8B20操作时首先要进行初始化：单片机发出复位脉冲，DSl8B20以存在脉冲响应。当DSl8B20发出存在脉冲对复位脉冲响应时，表明该器件已在总线上并作好操作准备。初始化时序见图7-4。主机总线to时刻发送一复位脉冲(最短为480us的低电平信号)，接着在tl时刻释放总线并进入接收状态。DSl8B20在检测到总线的上升沿之后等待15-60us接着DS18B20在t2时刻发出存在脉冲(低电平持续60-240us)如图中虚线所示。,第三十一讲DS18B20工作时序,基础

10、篇,DS18B20初始化子程序如下：INITDS1820:SETBDAT;置位NOP;空操作CLRDAT;清零MOVR2,#250;主机发出延时500微秒的复位低脉冲DJNZR2,$;自减（-1）循环SETBDAT;然后拉高数据线MOVR2,#30DJNZR2,$;延时60us等待DS18B20回应JNBDAT,INIT1JMPINITDS1820;超时而没有响应,重新初始化INIT1:MOVR2,#120DJNZR2,$;延时240usJBDAT,INIT2;数据变高，初始化成功JMPINITDS1820INIT2:MOVR2,#240DJNZR2,$RET,基础篇,2.写DS18B20DS

11、l8B20有两种类型的写时序：写0时序（图7-5）和写1时序（图7-6）。当主机总线to时刻从高拉至低电平时就产生写时间隙。从to时刻开始15us之内应将所需写的位送到总线上，DSl8B20在t0后15-60us间对总线采样,若为低电平，则写入的位是0，见图7-5；若为高电平，则写入的位是1，见图7-6。连续写2位间的间隙应大于1us。,图7-5写0时序图7-6写1时序,基础篇,;写DS18B20一个字节子程序WRITEDS1820:MOVR7,#08H;置写入位数SETBP3.7;置位NOPNOPWRITEDS1820LOP:CLRP3.7;复位MOVR6,#07H;延时15usDJNZR6

12、,$RRCA;写第一位数MOVP3.7,CMOVR6,#34H;写入等待DJNZR6,$SETBP3.7;写完一位后置位DJNZR7,WRITEDS1820LOP;8位未写完继续RET,基础篇,3.读DS18B20当单片机发出读时序时，DS18B20可发送数据到单片机。所有读时序必须持续60us以上，每个时序之间发须有至少1us的恢复时间。图7-7中，主机在to时刻将总线从高电平拉至低电平时，至少在1us后t1时刻将总线拉高，产生读时间隙，读时间隙在t1时刻后到t2时刻前有效。T2距to为15us。也就是说t2时刻前主机必须完成读位，并在to后的60us一120us内释放总线。,图7-7DS1

13、8B20读时序,基础篇,;读DS18B20一个字节子程序，READDS1820:MOVR7,#08H;置写入位数SETBP3.7;置位NOPNOPRDLOOP:CLRP3.7;复位NOPNOPNOPSETBP3.7;接高总线MOVR6,#07H;延时15usDJNZR6,$MOVC,P3.7;读入数据位MOVR6,#3CH;DELAY120usDJNZR6,$RRCA;数据读入累加器ASETBP3.7;读完一位后置位总线DJNZR7,RDLOOP;8位未读完继续MOVR6,#3CH;DELAY120usDJNZR6,$RET,基础篇,一任务描述利用单片机89S51与DS18B20设计一数字温度

14、计，测温范围55125OC，显示精度为0.1OC。采用4位LED数码管显示温度，一位小数、三位整数。正温度时，最高位显示百位温度或不显示，负温度时最高位显示符号“”。系统采用12M晶振。二、硬件电路设计硬件电路见图7-8所示。DS18B20数据端接至单片机P3.7引脚，采用四位数码管显示温度值（3位整数，一位小数）。三、软件设计系统程序主要包括主程序、温度转换子程序、温度BCD码转换子程序、显示缓冲区刷新子程序、显示子程序等。1主程序主程序的主要功能是进行温度转换、温度BCD码转换、显示缓冲区刷新及温度显示等，见流程图图7-92.温度读取子程序该子程序的功能是启动DS18B20温度转换，并将D

15、S18B20RAM中的前两个字节温度数据读入单片机指定存储单元中。其流程图见图7-10。,第三十二讲数字温度计设计（一）,基础篇,3.温度BCD码转换子程序该子程序的功能是判别所测温度的正负值，并将其小数及整数部分分别转换成BCD码，再存入单片机指定的温度存储单元中。,表7-5小数部分二进制和十进制的近似对应关系表,4.显示缓冲区刷新子程序该子程序将压缩BCD码温度数据拆分后装入显示缓冲区70H73H中。,温度BCD码转换子程序步骤详解,基础篇,四、源程序清单;工作内存定义TEMPLEQU26H;存放二进制温度低字节TEMPHEQU27H;存放二进制温度高字节TEMPHCEQU28H;存放温度

16、个位及小数位TEMPLCEQU29H;存放温度百位（或符号位）及十位数ORG0000HMOVSP,#60HSTART:LCALLREADTEMP;调温度转换子程序LCALLCONVTEMP;调温度BCD码转换子程序LCALLDISPNEW;调显示缓冲区刷新子程序LCALLDISP;调显示子程序;LJMPSTART,第三十三讲数字温度计设计（二）,基础篇,;复位DS18B20子程序INITDS1820:SETBP3.7;置位NOP;空操作CLRP3.7;清零MOVR2,#250;主机发出延时500微秒的复位低脉冲DJNZR2,$;自减（-1）循环SETBP3.7;然后拉高数据线MOVR2,#30

17、DJNZR2,$;延时60us等待DS18B20回应JNBP3.7,INIT1JMPINITDS1820;超时而没有响应,重新初始化INIT1:MOVR2,#120DJNZR2,$;延时240usJBP3.7,INIT2;数据变高，初始化成功JMPINITDS1820INIT2:MOVR2,#240DJNZR2,$RET,基础篇,;从DS18B20中读出一个字节数据子程序READDS1820:MOVR7,#08HSETBP3.7NOPNOPRDLOOP:CLRP3.7NOPNOPNOPSETBP3.7MOVR6,#07H;延时15usDJNZR6,$MOVC,P3.7MOVR6,#3CH;延时

18、120usDJNZR6,$RRCASETBP3.7DJNZR7,RDLOOPMOVR6,#3CH;延时120usDJNZR6,$RET,;向DS18B20中写一个字节数据子程序WRITEDS1820:MOVR7,#08HSETBP3.7NOPNOPWRLOP:CLRP3.7MOVR6,#07H;延时15usDJNZR6,$RRCAMOVP3.7,CMOVR6,#34H;延时104usDJNZR6,$SETBP3.7DJNZR7,WRLOPRET,基础篇,;向DS18B20中写一个字节数据子程序WRITEDS1820:MOVR7,#08HSETBP3.7NOPNOPWRLOP:CLRP3.7MO

19、VR6,#07H;延时15usDJNZR6,$RRCAMOVP3.7,CMOVR6,#34H;延时104usDJNZR6,$SETBP3.7DJNZR7,WRLOPRET,;温度读取子程序READTEMP:LCALLINITDS1820MOVA,#0CCHLCALLWRITEDS1820;跳过ROM匹配MOVA,#44HLCALLWRITEDS1820;写入转换命令MOVR6,#34HDJNZR6,$READTEMP1:LCALLINITDS1820;读出两字节温度子程序MOVA,#0CCHLCALLWRITEDS1820;跳过ROM匹配MOVA,#0BEHLCALLWRITEDS1820;读

20、暂存器MOVR5,#02HMOVR0,#TEMPLREADTEMP2:LCALLREADDS1820;读一个字节MOVR0,AINCR0DJNZR5,READTEMP2;未读完继续RET,基础篇,;处理温度数据并转换为BCD码子程序CONVTEMP:MOVA,TEMPH;取高位字节符号位ANLA,#80HJZTEMPC1;温度为正转移CLRCMOVA,TEMPL;温度为负求补码CPLAADDA,#01HMOVTEMPL,AMOVA,TEMPHCPLAADDCA,#00H,基础篇,MOVTEMPH,AMOVTEMPHC,#0BH;TEMPHCHI=符号位（）SJMPTEMPC11TEMPC1:M

21、OVTEMPHC,#0AH;温度为正，符号位不显示，置码为0AHTEMPC11:MOVA,TEMPHCSWAPAMOVTEMPHC,AMOVA,TEMPL;小数位乘0.0625转为BCD码（采用查表法）ANLA,#0FHMOVDPTR,#TEMPDOTTABMOVCA,A+DPTRMOVTEMPLC,A;TEMPLCLOW=小数部分BCDMOVA,TEMPL;将两字节温度组合为一字节整数温度ANLA,#0F0HSWAPAMOVTEMPL,AMOVA,TEMPHANLA,#0FHSWAPAORLA,TEMPL,基础篇,LCALLHEX2BCD1;将整数温度转换为BCD码MOVTEMPL,AANL

22、A,#0F0HSWAPAORLA,TEMPHC;TEMPHCLOW=十位数BCDMOVTEMPHC,AMOVA,TEMPLANLA,#0FHSWAPA;TEMPLCHI=个位数BCDORLA,TEMPLCMOVTEMPLC,AMOVA,R7JZTEMPC12ANLA,#0FHSWAPAMOVR7,AMOVA,TEMPHC;TEMPHCHI=百位数BCDANLA,#0FHORLA,R7MOVTEMPHC,ATEMPC12:RET,基础篇,;小数部分代码表TEMPDOTTAB:DB00H,01H,01H,02H,03H,03H,04H,04H,05H,06HDB06H,07H,08H,08H,09H,09H;显示区缓冲区刷新子程序DISPNEW:MOVA,TEMPLC;小数位置70H中ANLA,#0FHMOV70H,AMOVA,TEMPLC;个位置7