基于DS18B20的51单片机LCD1602液晶显示测温系统Word格式文档下载.docx
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2.1总体设计方案说明
分别用DS18B20温度传感器和1602液晶显示器来测试温度和现实数据。
编写程序和利用51单片机来控制电路。
2.2实物电路图
3.1DS18B20的工作原理
①DS18B20数字温度传感器概述
DS18B20数字温度传感器是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。
DS18B20产品的特点
●只要求一个端口即可实现通信。
●在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。
●实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。
●测量温度范围在-55.C到+125.C之间。
●数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。
●内部有温度上、下限告警设置。
TO-92封装的DS18B20的引脚排列见右图,其引脚功能描述见表
序号
名称
引脚功能描述
1
GND
地信号
2
DQ
数字输入输出引脚,开漏单总线接口引脚,当使用寄生电源时,可向电源提供电源
3
VDD
可选择的VDD引脚,当工作于寄生电源时,该引脚必须接地
表3-2 DS18B20详细引脚功能描述
②DS18B20的内部结构
DS18B20的内部框图下图所示,DS18B20的内部有64位的ROM单元,和9字节的暂存器单元。
64位ROM存储器件独一无二的序列号。
暂存器包含两字节(0和1字节)的温度寄存器,用于存储温度传感器的数字输出。
暂存器还提供一字节的上线警报触发(TH)和下线警报触发(TL)寄存器(2和3字节),和一字节的配置寄存器(4字节),使用者可以通过配置寄存器来设置温度转换的精度。
暂存器的5、6和7字节器件内部保留使用。
第八字节含有循环冗余码(CRC)。
使用寄生电源时,DS18B20不需额外的供电电源;
当总线为高电平时,功率由单总线上的上拉电阻通过DQ引脚提供;
高电平总线信号同时也向内部电容CPP充电,CPP在总线低电平时为器件供电。
(字节5~8就不用看了)。
图为暂存器
暂存器介绍
A.温度寄存器(0和1字节)
DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量,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0.0625℃/LSB形式表达,其中S为符号位。
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。
DS18B20的温度操作是使用16位,也就是说分辨率是0.0625。
BIT15~BIT11是符号位,为了就是表示转换的值是正数还是负数。
█要求出正数的十进制值,必须将读取到的LSB字节,MSB字节进行整合处理,然后乘以0.0625即可。
Eg:
假设从,字节0读取到0xD0赋值于Temp1,而字节1读取到0x07赋值于Temp2,然后求出十进制值。
unsignedintTemp1,Temp2,Temperature;
Temp1=0xD0;
//低八位
Temp2=0x07;
//高八位
Temperature=((Temp2<
<
8)|Temp1)*0.0625;
//又或者
Temperature=(Temp1+Temp2*256)*0.0625;
//Temperature=125
█在这里我们遇见了一个问题,就是如何求出负数的值呢?
我们必须判断BIT11~15是否是1,然后人为置一负数标志。
Eg.假设从,字节0读取到0x90赋值于Temp1,而字节1读取到0xFC赋值于Temp2,然后求出该值是不是负数,和转换成十进制值。
unsignedintTemp1,Temp2,Temperature;
unsignedcharMinus_Flag=0;
Temp1=0x90;
Temp2=0xFC;
//Temperature=(Temp1+Temp2*256)*0.0625;
//Temperature=64656
//很明显不是我们想要的答案
if(Temp2&
0xFC)//判断符号位是否为1
{
Minus_Flag=1;
//负数标志置一
8)|Temp1)//高八位第八位进行整合
Temperature=((~Temperature)+1);
//求反,补一
Temperature*=0.0625;
//求出十进制
}//Temperature=55;
else
Minus_Flag=0;
}
█如果我要求出小数点的值的话,那么我应该这样做。
假设从,字节0读取到0xA2赋值于Temp1,而字节1读取到0x00赋值于Temp2,
然后求出十进制值,要求连同小数点也求出。
//实际值为10.125
//Temperature=((Temp2<
//10,无小数点
8)|Temp1)*(0.0625*10);
//101,一位小数点
8)|Temp1)*(0.0625*100);
//1012,二位小数点
█如以上的例题,我们可以先将0.0625乘以10,然后再乘以整合后的Temperature变量,就可以求出后面一个小数点的值(求出更多的小数点,方法都是以此类推)。
得出的结果是101,然后再利用简单的算法,求出每一位的值。
unsingedcharTen,One,Dot1
Ten=Temperature/100;
//1
One=Temperature%100/10;
//0
Dot1=%10;
求出负数的思路也一样,只不过多出人为置一负数标志,求反补一的动作而已。
自己发挥想象力吧。
B.字节2~3:
TH和TL配置
TH与TL就是所谓的温度最高界限,和温度最低界限的配置。
可以使用软件来试验。
C字节4:
配置寄存器
BIT7出厂的时候就已经设置为0,用户不建议去更改。
而R1与R0位组合了四个不同的转换精度,00为9位转换精度而转换时间是93.75ms,01为10位转换精度而转换时间是187.5ms,10为11位转换精度而转换时间是375ms,11为12位转换精度而转换时间是750ms(默认)。
该寄存器还是留默认的好,毕竟转换精度表示了转换的质量。
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3-6R1与R0确定传感器分辨率设置表
R1
R0
传感器精度/bit
转换时间/ms
9
93.75
10
187.5
11
375
12
750
D.字节5~7,保留位,8:
CRC
光刻ROM介绍
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DS18B20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DS18B20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。
DS18B20温度传感器的存储器介绍
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。
2DS18B20的工作过程
DS18B20一般都是充当从机的角色,而单片机就是主机。
单片机通过一线总线访问DS18B20的话,需要经过以下几个步骤:
①DS18B20复位(初始化),DS18B20复位。
在某种意义上就是一次访问DS18B20的开始,或者可说成是开始信号。
②执行ROM指令(ROM命令跟随着需要交换的数据);
ROM指令,也就是访问,搜索,匹配,DS18B20个别的64位序列号的动作。
在单点情况下,可以直接跳过ROM指令。
(而跳过ROM指令的字节是0xCC,后面介绍)
③执行DS18B20功能指令(RAM指令),功能命令跟随着需要交换的数据。
DS18B20复位(初始化)
在初始化过程中,主机通过拉低单总线至少480µ
s,以产生复位脉冲(TX)。
然后主机释放总线并进入接收(RX)模式。
当总线被释放后,5kΩ的上拉电阻将单总线拉高。
DS18B20检测到这个上升沿后,延时15µ
s~60µ
s,通过拉低总线60µ
s~240µ
s产生应答脉冲。
DS18B20功能指令有很多种,数据手册里有更详细的介绍。
这里仅列出比较常用的几个DS18B20功能指令。
0x44:
开始转换温度。
转换好的温度会储存到暂存器字节0和1。
0xEE:
读暂存指令。
读暂存指令,会从暂存器0到9,一个一个字节读取,如果要停止的话,必须写下DS18B20复位。
访问DS18B20必须严格遵守这一命令序列,如果丢失任何一步或序列混乱,DS18B20都不会响应主机(除了SearchROM和AlarmSearch这两个命令,在这两个命令后,主机都必须返回到第一步)。
一般上我们都是使用单点,也就是说单线总线上仅有一个DS18B20存在而已。
所以我们无需刻意读取ROM里边的序列号来,然后匹配那个DS18B20?
而是更直接的,跳过ROM指令,然后直接执行DS18B20功能指令。
ROM命令:
ROM命令通过每个器件64-bit的ROM码,使主机指定某一特定器件(如果有多个器件挂在总线上)与之进行通信。
DS18B20的ROM如表3-4所示,每个ROM命令都是8bit长。
功能命令:
主机通过功能命令对DS18B20进行读/写Scratchpad存储器,或者启动温度转换。
DS18B20的功能命令如表3-7所示。
指令
协议
功能
读ROM
33H
读DS18B20中的编码(即64位地址)
符合ROM
55H
发出此命令后,接着发出64位ROM编码,访问单总线上与该编码相对应的DS18B20,使之作出响应,为下一步对该DS18B20的读写作准备
搜索ROM
0F0H
用于确定挂接在同一总线上DS18B20的个数和识别64位ROM地址,为操作各器件作好准备
跳过ROM
0CCH
忽略64位ROM地址,直接向DS18B20V温度转换命令,适用于单个DS18B20工作
报警搜索命令
0ECH
执行后,只有温度超过庙宇值上限或下限的片子才做出响应
温度转换
44H
启动DS18B20进行温度转换,转换时间最长为500ms(典型为200ms),结果丰入内部9字节RAM中
读暂存器
BEH
读内部RAM中9字节的内容
写暂存器
4EH
发出向内部RAM的第3、4字节写上、下温度数据命令,紧该温度命令之后,传达两字节的数据
复制暂存器
48H
将RAM中第3、4字内容复制到E2PROM中
重调E2PROM
0B8H
将E2PROM中内容恢复到RAM中的第3、4字节
读供电方式
0B4H
读DS18B20的供电模式,寄生供电时DS18B20发送“0”,外部供电时DS18B20发送“1”
表3-7
DS18B20的信号方式
DS18B20采用严格的单总线通信协议,以保证数据的完整性。
该协议定义了几种信号类型:
复位脉冲、应答脉冲、写和读。
除了应答脉冲所有这些信号都由主机发出同步信号。
总线上传输的所有数据和命令都是以字节的低位在前。
a.初始化序列:
复位脉冲和应答脉冲
初始化波形如图3-8所示。
DS18B20的复位时序如下:
1.单片机拉低总线480us~950us,然后释放总线(拉高电平)。
这时DS18B20会拉低信号,大约60~240us表示应答。
2.DS18B20拉低电平的60~240us之间,单片机读取总线的电平,如果是低电平,那么表示复位成功,DS18B20拉低电平60~240us之后,会释放总线。
C程序举例
//DS1820C51子程序
//这里以11.0592M晶体为例,不同的晶体速度可能需要调整延时的时间
//sbitDQ=P2^1;
//根据实际情况定义端口
voiddsreset()//18B20复位,初始化函数
uinti;
ds=0;
i=103;
while(i>
0)i--;
ds=1;
i=4;
}DS18B20所有的数据交换都由一个初始化序列开始。
由主机发出的复位脉冲和跟在其后的由DS18B20发出的应答脉冲构成。
当DS18B20发出响应主机的应答脉冲时,即向主机表明它已处在总线上并且准备工作。
b.读和写时序
在写时序期间,主机向DS18B20写入指令;
而在读时序期间,主机读入来自DS18B20的指令。
在每一个时序,总线只能传输一位数据。
读/写时序如图3-9所示。
●写时序
存在两种写时序:
“写1”和“写0”。
主机在写1时序向DS18B20写入逻辑1,而在写0时序向DS18B20写入逻辑0。
所有写时序至少需要60µ
s,且在两次写时序之间至少需要1µ
s的恢复时间。
两种写时序均以主机拉低总线开始。
在写时序开始后的15µ
s期间,DS18B20采样总线的状态。
如果总线为高电平,则逻辑1被写入DS18B20;
如果总线为低电平,则逻辑0被写入DS18B20。
DS18B20写步骤如下:
1.单片机拉低电平大约10~15us,。
2.单片机持续送指定电平大约20~45us的时间。
3.释放总线
如果要读或者写一个字节,就要重复以上的步骤八次。
使用for循环,和数据变量的左移和或运算,实现一个字节读与写。
函数延迟的时间,必须模拟非常准确,因为单线总线对时序的要求敏感点。
//向1-WIRE总线上写一个字节
voidtempwritebyte(BYTEdat)//向18B20写一个字节数据
BYTEj;
bittestb;
for(j=1;
j<
=8;
j++)
{
testb=dat&
0x01;
dat=dat>
>
1;
if(testb)//写1
i++;
i++;
i=8;
while(i>
}
else
//写0
}}
●读时序
DS18B20读步骤如下:
1.在读取的时候单片机拉低电平大约1us
2.单片机释放总线,然后读取总线电平。
这时候DS18B20会送出电平。
3.读取电平过后,延迟大约40~45微妙
//从1-wire总线上读取一个字节
bittempreadbit(void)//读1位函数
bitdat;
//i++起延时作用
dat=ds;
return(dat);
BYTEtempread(void)//读1个字节
BYTEi,j,dat;
dat=0;
for(i=1;
i<
i++)
j=tempreadbit();
dat=(j<
7)|(dat>
1);
//读出的数据最低位在最前面,这样刚好一个字节在DAT里
return(dat);
}A.DS18B20开始转换:
1.DS18B20复位。
2.写入跳过ROM的字节命令,0xCC。
3.写入开始转换的功能命令,0x44。
4.延迟大约750~900毫秒
B.DS18B20读暂存数据:
3.写入读暂存的功能命令,0xee。
4.读入第0个字节LSByte,转换结果的低八位。
5.读入第1个字节MSByte,转换结果的高八位。
6.DS18B20复位,表示读取暂存结束。
//读取温度
voidtempchange(void)//DS18B20开始获取温度并转换
dsreset();
delay
(1);
tempwritebyte(0xcc);
//写跳过读ROM指令
tempwritebyte(0x44);
//写温度转换指令
uintget_temp()//读取寄存器中存储的温度数据
BYTEa,b;
tempwritebyte(0xbe);
a=tempread();
//读低8位
b=tempread();
//读高8位
temp=b;
temp<
//两个字节组合为1个字
temp=temp|a;
temp=temp*(0.625);
//温度值扩大10倍,精确到1位小数
returntemp;
//temp是整型
voidds1820disp(uinttemp1)//温度值显示
disdata[0]=temp1/1000+0x30;
//百位数
disdata[1]=temp1%1000/100+0x30;
//十位数
disdata[2]=temp1%100/10+0x30;
//个位数
disdata[3]=0x2e;
disdata[4]=temp1%10+0x30;
//小数位
简单归纳
单线总线高电平为闲置状态。
单片机访问DS18B20必须遵守,DS18B20复位-->
执行ROM指令-->
执行DS18B20功能指令。
而在单点上,可以直接跳过ROM指令。
DS18B20的转换精度默认为12位,而分辨率是0.0625。
DS18B20温度读取函数参考步骤:
A.DS18B20开始转换:
C.数据求出十进制:
1.整合LSByte和MSByte的数据
2.判断是否为正负数(可选)
3.求得十进制值。
正数乘以0.0625,一位小数点乘以0.625,二位小数点乘以6.25。
4.十进制的“个位”求出。
DS18B20的应用电路
DS18B20测温系统具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点。
下面就是DS18B20几个不同应用方式下的测温电路图:
1.DS18B20寄生电源供电方式电路图
如下图所示,在寄生电源供电方式下,DS18B20从单线信号线上汲取能量:
在信号线DQ处于高电平期间把能量储存在内部电容里,在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作,直到高电平到来再给寄生电源(电容)充电。
独特的寄生电源方式有三个好处:
1)进行远距离测温时,无需本地电源
2)可以在没有常规电源的条件下读取ROM
3)电路更加简洁,仅用一根I/O口实现测温
要想使DS18B20进行精确的温度转换,I/O线必