室内温度系统的设计Word文档下载推荐.docx
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3）无须外部器件；
4）可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ；
5）零待机功耗；
6）温度以９或１２位数字；
7）用户可定义报警设置；
8）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；
9）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。
如图2DS18B20采用３脚PR－35封装或８脚SOIC封装，其外部形状及管脚如图2所示。
图中①GND为地，②DQ为数据输入/输出端，该引脚为漏极开路输出，常态下成高电平，③可选用的VDD引脚，不用时应接地。
SOIC封装的NC为空引脚。
图2DS18B20的两种封装管脚图
其内部结构框图如图3所示。
图3DS18B20内部结构
64位ROM的结构开始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ＴＨ和ＴＬ，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ＲＡＭ和一个非易失性的可电擦除的EERAM。
高速暂存RAM的结构为８字节的存储器，结构如图3所示。
头２个字节包含测得的温度信息，第３和第４字节ＴＨ和ＴＬ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。
该字节各位的定义如图4所示。
低５位一直为１，ＴＭ是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该被设置为０，用户要去改动，R1和Ｒ0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。
温度LSB
温度MSB
TH用户字节1
TL用户字节2
配置寄存器
保留
CRC
图4DS18B20字节定义
由表1可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。
因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。
高速暂存ＲＡＭ的第６、７、８字节保留未用，表现为全逻辑１。
第９字节读出前面所有８字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。
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。
单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃／LSB形式表示。
当符号位Ｓ＝０时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；
当符号位Ｓ＝１时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。
表2是一部分温度值对应的二进制温度数据。
R1
R0
分辨率/位
温度最大转换时间/ms
9
93.75
1
10
187.5
11
375
12
750
表1DS18B20温度转换时间表
DS18B20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Ｔ＞TH或T＜TL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报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报警搜索。
在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC）。
主机ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。
DS18B20的测温原理是这这样的,器件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振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器２的脉冲输入。
器件中还有一个计数门，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℃所对应的一个基数分别置入减法计数器１、温度寄存器中，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计数到０时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。
其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。
温度/℃
二进制表示
十六进制表示
+125
0000011111010000
07D0H
+85
0000010101010000
0550H
+25.0625
0000000110010000
0191H
+10.125
0000000010100001
00A2H
+0.5
0000000000000010
0008H
0000000000001000
0000H
-0.5
1111111111110000
FFF8H
-10.125
1111111101011110
FF5EH
-25.0625
1111111001101111
FE6FH
-55
1111110010010000
FC90H
表2 一部分温度对应值表
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的各种操作按协议进行。
操作协议为：
初使化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。
3.5DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。
另一种是寄生电源供电方式，如图5所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。
图5DS18B20与单片机的接口电路
当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。
采用寄生电源供电方式时VDD端接地。
由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。
3.6系统的显示电路
如图6所示，采用74ls373驱动4位共阳极数码管进行显示采集温度。
如图，显示电路连接简单，调试方便。
图6显示电路
3.7系统整体硬件电路
系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，单片机主板电路等。
图5中的按健复位电路是上电复位加手动复位，使用比较方便，在程序跑飞时，可以手动复位，这样就不用在重起单片机电源，就可以实现复位。
3.8系统软件算法分析
系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序等。
4总结与体会
１、硬件装焊方面要有足够的耐心和细心，就算电路设计的再好，在焊接时出一点小差错，也是不允许的，往往电路的错误都是由于一些小问题引起的，如短路等，将造成不可预测的后果
２、软件方面注意的细节也很多，下面简单介绍一下这阵子写程序得到的一些经验：
（１）写较大的程序时一定要事先做好资源分配。
（２）堆栈指针SP应设初值。
（３）R1、R0也应规定好用哪一区的，即设PSW.3和PSW.4。
（４）进入中断时一定要记得保护ACC和PSW（视情况而定）。
（５）不止进中断时要保护，有时候在正常程序下也要对某些值进得保护。
可用堆栈式的保护也可先赋值给其他地址，过后再赋回来
（６）妥善使用位地址，位地址可做为一些标志位，可以给编程带来很大的方便。
在本程序中，我就用了三个位地址，使程序大大的简化了
参考书目：
[1]张迎新，《单片机初级教程——单片机基础》，北京，北京航空航天大学出版社，2006年
[2]马忠梅，籍顺心，张凯新，《单片机的C语言应用程序设计》，北京，北京航空航天大
学出版社，2003年
[3]徐爱钧，彭秀华，《KeilCx51V7.0单片机高级语言编程与μVision2应用实践》，北京，2006年
[4]谢维成，杨加国，《单片机原理与应用及C51程序设计》，北京，清华大学出版社，2006年
附
录一：
电路原理图
附录二：
C语言程序
#include<
reg52.h>
intrins.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitds=P2^3;
sbitdula=P2^7;
sbitwela=P2^6;
sbitbeep=P1^7;
ucharflag;
uinttemp;
//参数temp一定要声明为int型
ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,
0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
//不带小数点数字编码
ucharcodetable1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,
0x87,0xff,0xef};
//带小数点数字编码
/*延时函数*/
voidTempDelay（ucharus）
{
while（us--）;
}
voiddelay（uintcount）//延时子函数
uinti;
while（count）
i=200;
while（i>
0）
i--;
count--;
/*串口初始化，波特率9600，方式1*/
voidinit_com（）
TMOD=0x20;
//设置定时器1为模式2
TH1=0xfd;
//装初值设定波特率
TL1=0xfd;
TR1=1;
//启动定时器
SM0=0;
//串口通信模式设置
SM1=1;
//REN=1;
//串口允许接收数据
PCON=0;
//波特率不倍频
//SMOD=0;
//EA=1;
//开总中断
//ES=1;
//开串行中断
/*数码管的显示*/
voiddisplay（uinttemp）
ucharbai,shi,ge;
bai=temp/100;
shi=temp%100/10;
ge=temp%100%10;
dula=0;
P0=table[bai];
//显示百位
dula=1;
//从0到1，有个上升沿，解除锁存，显示相应段
//从1到0再次锁存
wela=0;
P0=0xfe;
wela=1;
wela=0;
delay
（1）;
//延时约2ms
P0=table1[shi];
//显示十位
dula=0;
P0=0xfd;
delay
（1）;
P0=table[ge];
//显示个位
P0=0xfb;
/*****************************************
时序：
初始化时序、读时序、写时序。
所有时序都是将主机（单片机）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。
初始化时序：
复位脉冲存在脉冲
读；
1或0时序
写；
只有存在脉冲信号是从18b20（从机）发出的，其
它信号都是由主机发出的。
存在脉冲：
让主机（总线）知道从机（18b20）已
经做好了准备。
******************************************/
/*--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
初始化：
检测总线控制器发出的复位脉冲
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
voidds_reset（void）
ds=1;
_nop_（）;
//1us
ds=0;
TempDelay（80）;
//当总线停留在低电平超过480us，总线上所以器件都将被复位，这里//延时约530us总线停留在低电平超过480μs，总线上的所有器件都
//将被复位。
//产生复位脉冲后，微处理器释放总线,让总线处于空闲状态，原因查//18b20中文资料
TempDelay（5）;
//释放总线后，以便从机18b20通过拉低总线来指示其是否在线,
//存在检测高电平时间：
15~60us，所以延时44us，进行1-wirepresence//detect（单线存在检测）
if（ds==0）
flag=1;
//detect18b20success
else
flag=0;
//detect18b20fail
TempDelay（20）;
//存在检测低电平时间：
60~240us，所以延时约140us
//再次拉高总线，让总线处于空闲状态
/**/
/*----------------------------------------
读/写时间隙:
DS1820的数据读写是通过时间隙处理
位和命令字来确认信息交换。
------------------------------------------*/
bitds_read_bit（void）//读一位
bitdat;
//单片机（微处理器）将总线拉低
//读时隙起始于微处理器将总线拉低至少1us
//拉低总线后接着释放总线，让从机18b20能够接管总线，输出有效数据
//小延时一下，读取18b20上的数据,因为从ds18b20上输出的数据
//在读"
时间隙"
下降沿出现15us内有效
dat=ds;
//主机读从机18b20输出的数据，这些数据在读时隙的下降沿出现//15us内有效
TempDelay（10）;
//所有读"
必须60~120us，这里77us
return（dat）;
//返回有效数据
uchards_read_byte（void）//读一字节
ucharvalue,i,j;
value=0;
for（i=0;
i<
8;
i++）
j=ds_read_bit（）;
value=（j<
<
7）|（value>
>
1）;
return（value）;
//返回一个字节的数据
voidds_write_byte（uchardat）//写一个字节
uchari;
bitonebit;
//一定不要忘了，onebit是一位
for（i=1;
=8;
i++）
{
onebit=dat&
0x01;
dat=dat>
1;
if（onebit）//写1
ds=0;
_nop_（）;
//看时序图，至少延时1us，才产生写"
ds=1;
//写时间隙开始后的15μs内允许数据线拉到高电平
//所有写时间隙必须最少持续60us
else//写0
TempDelay（8）;
//主机要生成一个写0时间隙，必须把数据线拉到低电平并保持至少60μs，这里64us
}
******************************************/
进行温度转换：
先初始化
然后跳过ROM：
跳过64位ROM地址，直接向ds18B20发温度转换命令，适合单片工作
发送温度转换命令
voidtem_change（）
ds_reset（）;
//约2ms
ds_write_byte（0xcc）;
ds_write_byte（0x44）;
获得温度：
uintget_temperature（）
floatwendu;
uchara,b;
ds_write_byte（0xbe）;
a=ds_read_byte（）;
b=ds_read_byte（）;
temp=b;
temp<
temp=temp|a;
wendu=temp*0.0625;
temp=wendu*10+0.5;
returntemp;
读ROM
/*
voidds_read_rom（）
delay（30）;
ds_write_byte（0x33）;
a="
ds"
_read_byte（）;
b="
*/
voidbaojing（temp）
if（temp>
30）
{beep=0;
voidmain（）
uinta;
init_com（）;
while
（1）
tem_change（）;
//12位转换时间最大为750ms
baojing（get_temperature（））;
for（a=10;
a>
0;
a--）
display（get_temperature（））;
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