基于51单片机和DS18B20的数字温度计设计文档格式.docx
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●温度以9或12位数字量读出；
●用户可定义的非易失性温度报警设置
●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
●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
DS18B20采用3脚PR－35封装或８脚SOIC封装，其内部结构框图如图3所示
图3DS18B20内部结构框图
64b闪速ROM的结构如下：
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。
主机操作ROM的命令有五种，如表1所列
表1主机操作ROM的命令
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4所示。
图4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。
温度低位LSB
温度高位MSB
TH
TL
配置
保留
8位CRC
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0.0625℃/LSB形式表示。
温度值格式如下：
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0.0625℃／LSB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2部分温度值
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）DS18B20测温原理
DS18B20的测温原理如图5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，他有严格的时隙概念，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。
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
图5DS18B20测温原理图
四系统程序的设计
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，报警子程序和显示数据刷新子程序等。
1主程序
主程序的主要功能是负责温度的实时显示，读出并处理DS18B20的测量温度值。
温度测量每1s进行一次。
主程序流程图如图6所示。
2读出温度子程序
读出温度子程的主要功能是读出RAM中的9字节。
在读出时须进行CRC校验，校验有错时不能进行温度数据的改写。
读出温度子程序流程图如图7所示。
3温度转换命令子程序
温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令。
当采用12位分辨率时，转换时间约为750ms。
在本程序设计中，采用1s显示程序延时法等待转换的完成。
温度转换命令子程序流程图如图8所示。
4计算温度子程序
计算温度子程序将RAM中读取的值进行BCD码的抓换运算，并进行温度值正负的判断。
其流程图如图9所示。
5显示数据刷新子程序
显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高数据显示位为0时，将符号显示位移入下一位。
显示数据刷新子程序流程图如图10所示。
N
Y
Y
N
图9计算温度子程序流程图
五汇编程序
;
================================================================
DS18B20温度计
采用4位LED共阳显示器显示测温值，显示精度0.1℃，测温范围-55～+125℃
用AT89C51单片机，12MHz晶振
============================常数定义=============================
TIMELEQU0E0H;
20ms，定时器0时间常数
TIMEHEQU0B1H
TEMPHEADEQU36H
==========================工作内存定义============================
BITSTDATA20H
TIME1SOKBITBITST.1
TEMPONEOKBITBITST.2
TEMPLDATA26H
TEMPHDATA27H
TEMPHCDATA28H
TEMPLCDATA29H
=============================引脚定义===========================
TEMPDINBITP3.7
=============================中断向量区=========================
ORG0000H
LJMPSTART
ORG00BH
LJMPT0IT
=============================系统初始化==========================
ORG100H
START:
MOVSP,#60H
CLSMEM:
MOVR0,#20H
MOVR1,#60H
CLSMEM1:
MOV@R0,#00H
INCR0
DJNZR1,CLSMEM1
MOVTMOD,#00100001B;
定时器0工作方式1（16BIT）
MOVTH0,#TIMEL
MOVTL0,#TIMEH;
20ms
SJMPINIT
ERROR:
NOP
LJMPSTART
NOP
INIT:
NOP
SETBET0
SETBTR0
SETBEA
MOVPSW,#00H
CLRTEMPONEOK
LJMPMAIN
======================定时器0中断服务程序=======================
T0IT:
PUSHPSW
MOVPSW,#10H
MOVTH0,#TIMEH
MOVTL0,#TIMEL
INCR7
CJNER7,#32H,T0IT1
MOVR7,#00H
SETBTIME1SOK;
1s定时到标志
T0IT1:
POPPSW
RETI
=============================主程序=============================
MAIN:
LCALLDISP1;
调用显示子程序
JNBTIME1SOK,MAIN
CLRTIME1SOK;
测温每1s一次
JNBTEMPONEOK,MAIN2;
上电时先温度转换一次
LCALLREADTEMP1;
读出温度值子程序
LCALLCONVTEMP;
温度BCD码计算处理子程序
LCALLDISPBCD;
显示区BCD码温度值刷新子程序
LCALLDISP1;
消闪烁，显示一次
MAIN2:
LCALLREADTEMP;
温度转换开始
SETBTEMPONEOK
=============================子程序区===========================
RESETDS18B20
INITDS1820:
SETBTEMPDIN
CLRTEMPDIN
MOVR6,#0A0H;
DELAY480us
DJNZR6,$
MOVR6,#0A0H
SETBTEMPDIN
MOVR6,#32H;
DELAY70us
MOVR6,#3CH
LOOP1820:
MOVC,TEMPDIN
JCINITDS1820OUT
DJNZR6,LOOP1820
MOVR6,#064H
SJMPINITDS1820
RET
INITDS1820OUT:
SETBTEMPDIN
RET
======读DS18B20的程序，从DS18B20中读出一个字节的数据=============
READDS1820:
MOVR7,#08H
SETBTEMPDIN
NOP
READDS1820LOOP:
CLRTEMPDIN
NOP
SETBTEMPDIN
MOVR6,#07H;
DELAY15us
DJNZR6,$
MOVC,TEMPDIN
MOVR6,#3CH;
DELAY120us
RRCA
DJNZR7,READDS1820LOOP
DELAY120us
========写DS18B20的程序，从DS18B20中写一个字节的数据=============
WRITEDS1820:
WRITEDS1820LOP:
MOVTEMPDIN,C
MOVR6,#34H;
DELAY104us
DJNZR7,WRITEDS1820LOP
=========================READTEMP===========================
READTEMP:
LCALLINITDS1820
MOVA,#0CCH
LCALLWRITEDS1820;
SKIPROM
MOVR6,#34H;
DJNZR6,$
MOVA,#44H
STARTCONVERSION
DELAY104
RET
READTEMP1:
LCALLINITDS1820
LCALLWRITEDS1820;
MOVR6,#34H;
MOVA,#0BEH
SCRATCHPAD
MOVR5,#09H
MOVR0,#TEMPHEAD
MOVB,#00H
READTEMP2:
LCALLREADDS1820
MOV@R0,A
INCR0
READTEMP21:
LCALLCRC8CAL
DJNZR5,READTEMP2
MOVA,B
JNZREADTEMPOUT
MOVA,TEMPHEAD+0
MOVTEMPL,A
MOVA,TEMPHEAD+1
MOVTEMPH,A
READTEMPOUT:
RET
==================处理温度BCD码子程序==========================
CONVTEMP:
MOVA,TEMPH
ANLA,#80H
JZTEMPC1
CLRC
MOVA,TEMPL
CPLA
ADDA,#01H
MOVA,TEMPH;
-
ADDCA,#00H
MOVTEMPH,A;
TEMPHCHI=符号位
MOVTEMPHC,#0BH
SJMPTEMPC11
TEMPC1:
MOVTEMPHC,#0AH;
+
TEMPC11:
MOVA,TEMPHC
SWAPA
MOVTEMPHC,A
ANLA,#0FH;
乘0.0625
MOVDPTR,#TEMPDOTTAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVTEMPLC,A;
TEMPLCLOW=小数部分BCD
MOVA,TEMPL;
整数部分
ANLA,#0F0H
MOVA,TEMPH
ANLA,#0FH
ORLA,TEMPL
LCALLHEX2BCD1
ORLA,TEMPHC;
TEMPHCLOW=十位数BCD
SWAPA;
TEMPLCHI=个位数BCD
ORLA,TEMPLC
MOVTEMPLC,A
MOVA,R7
JZTEMPC12
MOVR7,A
MOVA,TEMPHC;
TEMPLCHI=百位数BCD
ORLA,R7
TEMPC12:
RET
=========================小数部分码表===========================
TEMPDOTTAB:
DB00H,01H,01H,02H,03H,03H,04H,04H,05H,06H
DB06H,07H,08H,08H,09H,09H
======================显示区BCD码温度值刷新子程序===============
DISPBCD:
MOVA,TEMPLC
ANLA,#0FH
MOV70H,A
MOVA,TEMPLC
SWAPA
MOV71H,A
MOVA,TEMPHC
MOV72H,A
SWAPA
MOV73H,A
ANLA,#0F0H
CJNEA,#010H,DISPBCD0
SJMPDISPBCD2
DISPBCD0:
MOVA,TEMPHC
JNZDISPBCD2;
十位数是0
MOV73H,#0AH;
符号位不显示
MOV72H,A;
十位数显示符号
DISPBCD2:
=======================显示子程序===============================
显示数据在70H~73H单元内，用4位LED共阳数码管显示，P1口输出段码数据，
P3口做扫描控制，每个LED数码管亮1ms时间再逐位循环。
DISP1:
MOVR1,#70H;
指向显示数据首址
MOVR5,#0FEH;
扫描控制字初值
PLAY:
MOVP0,#0FFH
MOVA,R5;
扫描字放入A
MOVP3,A;
从P3口输出
MOVA,@R1;
取显示数据到A
MOVDPTR,#TAB;
取段码表
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