DS18B20数字温度计使用与C51程序.docx
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DS18B20数字温度计使用与C51程序
1．DS18B20基本知识
DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。
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。
1、DS18B20产品的特点
（1）、只要求一个端口即可实现通信。
（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。
C到＋125。
C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的引脚介绍
TO－92封装的DS18B20的引脚排列见图1，其引脚功能描述见表1。
（底视图）图1
表1 DS18B20详细引脚功能描述
序号
名称
引脚功能描述
1
GND
地信号
2
DQ
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。
3
VDD
可选择的VDD引脚。
当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。
3．DS18B20的使用方法
由于DS18B20采用的是1－Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。
由于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。
DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。
该协议定义了几种信号的时序：
初始化时序、读时序、写时序。
所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。
而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。
数据和命令的传输都是低位在先。
DS18B20的复位时序
DS18B20的读时序
对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。
对于DS18B20的读时序是从主机把单总线拉低之后，在15us之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。
DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。
DS18B20的写时序
对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。
对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。
4．实验任务
用一片DS18B20构成测温系统，测量的温度精度达到0.1度，测量的温度的范围在－20度到＋100度之间，用8位数码管显示出来。
5．电路原理图
6．系统板上硬件连线
（1）．把“单片机系统”区域中的P0.0－P0.7用8芯排线连接到“动态数码显示”区域中的ABCDEFGH端子上。
（2）．把“单片机系统”区域中的P2.0－P2.7用8芯排线连接到“动态数码显示”区域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端子上。
（3）．把DS18B20芯片插入“四路单总线”区域中的任一个插座中，注意电源与地信号不要接反。
（4）．把“四路单总线”区域中的对应的DQ端子连接到“单片机系统”区域中的P3.7/RD
端子上。
DS1820内部结构框图如图1所示。
DS1820测温原理如图2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，其输出用于修正计数器1的预置值。
在正常测温情况下，DS1820的测温分辩率为0.5℃以9位数据格式表示，其中最低有效位（LSB）由比较器进行0.25℃比较，当计数器1中的余值转化成温度后低于0.25℃时，清除温度寄存器的最低位（LSB），当计数器1中的余值转化成温度后高于0.25℃，置位温度寄存器的最低位（LSB），如－25.5℃对应的9位数据格式如下：
7.提高DS1820测温精度的途径
2.1DS1820高精度测温的理论依据
DS1820正常使用时的测温分辨率为0.5℃，这对于水轮发电机组轴瓦温度监测来讲略显不足，在对DS1820测温原理详细分析的基础上，我们采取直接读取DS1820内部暂存寄存器的方法，将DS1820的测温分辨率提高到0.1℃～0.01℃．
DS1820内部暂存寄存器的分布如表1所示，其中第7字节存放的是当温度寄存器停止增值时计数器1的计数剩余值，第8字节存放的是每度所对应的计数值，这样，我们就可以通过下面的方法获得高分辨率的温度测量结果。
首先用DS1820提供的读暂存寄存器指令（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），得到所测实际温度整数部分T整数，然后再用BEH指令读取计数器1的计数剩余值M剩余和每度计数值M每度，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T实际可用下式计算得到：
T实际=（T整数－0.25℃）+（M每度－M剩余）/M每度
2.2测量数据比较
表2为采用直接读取测温结果方法和采用计算方法得到的测温数据比较，通过比较可以看出，计算方法在DS1820测温中不仅是可行的，也可以大大的提高DS1820的测温分辨率。
３DS1820使用中注意事项
DS1820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。
（2）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。
试验中，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，当采用每米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DS1820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。
8．C语言源程序
#include“indio.h”
#include“ds18b20.h”
unsignedcharcodedisplaybit[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
unsignedcharcodedisplaycode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00,0x40};
unsignedcharcodedotcode[32]={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};
unsignedchardisplaycount;
unsignedchardisplaybuf[8]={16,16,16,16,16,16,16,16};
unsignedchartimecount;
unsignedcharreaddata[8];
sbitDQ=P3^7;
bitsflag;
bitresetpulse（void）
{
unsignedchari;
DQ=0;
for（i=255;i>0;i--）;
DQ=1;
for（i=60;i>0;i--）;
return（DQ）;
for（i=200;i>0;i--）;
}
voidwritecommandtods18b20（unsignedcharcommand）
{
unsignedchari;
unsignedcharj;
for（i=0;i<8;i++）
{
if（（command&0x01）==0）
{
DQ=0;
for（j=35;j>0;j--）;
DQ=1;
}
else
{
DQ=0;
for（j=2;j>0;j--）;
DQ=1;
for（j=33;j>0;j--）;
}
command=_cror_（command,1）;
}
}
unsignedcharreaddatafromds18b20（void）
{
unsignedchari;
unsignedcharj;
unsignedchartemp;
temp=0;
for（i=0;i<8;i++）
{
temp=_cror_（temp,1）;
DQ=0;
_nop_（）;
_nop_（）;
DQ=1;
for（j=10;j>0;j--）;
if（DQ==1）
{
temp=temp|0x80;
}
else
{
temp=temp|0x00;
}
for（j=200;j>0;j--）;
}
return（temp）;
}
voidmain（void）
{
TMOD=0x01;
TH0=（65536-4000）/256;
TL0=（65536-4000）%6;
ET0=1;
EA=1;
while（resetpulse（））;
writecommandtods18b20（0xcc）;
writecommandtods18b20（0x44）;
TR0=1;
while
（1）
{
;
}
}
voidt0（void）interrupt1using0
{
unsignedcharx;
unsignedintresult;
TH0=（65536-4000）/256;
TL0=（65536-4000）%6;
if（displaycount==2）
{
P0=displaycode[displaybuf[displaycount]]|0x80;
}
else
{
P0=displaycode[displaybuf[displaycount]];
}
P2=displaybit[displaycount];
displaycount++;
if（displaycount==8）
{
displaycount=0;
}
timecount++;
if（timecount==150）
{
timecount=0;
while（resetpulse（））;
writecommandtods18b20（0xcc）;
writecommandtods18b20（0xbe）;
readdata[0]=readdatafromds18b20（）;
readdata[1]=readdatafromds18b20（）;
for（x=0;x<8;x++）
{
displaybuf[x]=16;
}
sflag=0;
if（（readdata[1]&0xf8）!
=0x00）
{
sflag=1;
readdata[1]=~readdata[1];
readdata[0]=~readdata[0];
result=readdata[0]+1;
readdata[0]=result;
if（result>255）
{
readdata[1]++;
}
}
readdata[1]=readdata[1]<<4;
readdata[1]=readdata[1]&0x70;
x=readdata[0];
x=x>>4;
x=x&0x0f;
readdata[1]=readdata[1]|x;
x=2;
result=readdata[1];
while（result/10）
{
displaybuf[x]=result_;
result=result/10;
x++;
}
displaybuf[x]=result;
if（sflag==1）
{
displaybuf[x+1]=17;
}
x=readdata[0]&0x0f;
x=x<<1;
displaybuf[0]=（dotcode[x]）_;
displaybuf[1]=（dotcode[x]）/10;
while（resetpulse（））;
writecommandtods18b20（0xcc）;
writecommandtods18b20（0x44）;
}
}
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