基于DS18B20的温控系统实习报告.docx

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基于DS18B20的温控系统实习报告

河南农业大学

《智能仪器设计实习》

设计说明书

题目：

基于DS18B20的温控系统

学院：

理学院

专业：

电子信息科学与技术

班级：

07电科4班

学号：

0708101099

姓名：

徐亚利

指导教师：

成绩：

时间：

2010年11月29日至2010年12月13日

智能仪器设计实习

设计任务书

题目基于DS18B20的温控系统

专业、班级07电科4班学号0708101099姓名

主要内容、基本要求、主要参考资料等：

主要内容：

功能要求：

完成温控制系统的设计

1）在设置模式下，用户可以通过按键设置允许最高温度TH、允许最低温度TL及转换精度。

2）在测温模式下,实时测出当前温度并显示。

（可采用LED显示或LCD显示，显示结果精度不得低于0.1°C）。

3）在测温模式下，实时比较当前温度与报警温度，当高于高温报警TH时，系统红灯亮，声音警报响，同时启动冷却电路开始制冷（冷却电路的启动用继电器控制）；当在高温报警TH与低温报警TL之间时，系统绿灯亮。

上述内容为基本要求，可按照自己的理解增加功能使之更完善。

基本要求：

●明确设计任务，复习与查阅有关资料。

设计所用硬件芯片按给定使用。

●按要求对设计进行简要说明，总体设计方案，各部分的详细设计。

●写出体会和总结。

要求全部使用A4纸打印稿，不少于5000字。

主要参考资料：

●李朝青编．《单片机原理及接口技术》（简明修订版）．北京航空航天大学出版社，1998

●冯克．《MCS-51单片机实用子程序及其应用实例》．黑龙江科学技术出版社，1990

●杨欣荣等．《智能仪器原理、设计与发展》．中南大学出版社，2003

●孙传友等．《感测技术基础》．电子工业出版社，2001

●王福瑞等．《单片微机测控系统设计大全》．北京航空航天大学出版社，1999

●科技期刊：

《单片机与嵌入式系统应用》、《实用测试技术》、《自动化仪表》、《传感器世界》、《测控技术》、《电子技术应用》等2001年以后各期。

完成期限：

2010年12月13日

指导教师签名：

一、背景及意义

随着电子技术的发展，人们的生活日趋数字化，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。

多功能的数字温度计可以给我们的生活带来很大的方便；支持“一线总线”接口的温度传感器简化了数字温度计的设计，降低了成本；以美国MAXIM/DALLAS半导体公司的单总线温度传感器DS18B20为核心，以ATMEL公司的AT89S52为控制器设计的DS18B20温度控制器结构简单、测温准确、具有一定控制功能的智能温度控制器。

二、系统分析

美国达拉斯（D.ALLAS）公司生产的单总线数字式温度传感器，由于具有结构简单、不需要外接电路、可用一根I/O数据线既供电又传输数据、可由用户设置温度报警界限等特点，近年来广泛用于各个需要测量和控制温度的地方。

前些年，集成式数字温度传感器DS18B20的出现开辟了温度传感器技术的新领域，它利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量。

而可组网数字式温度传感器DS18B20则是DS1820的更新产品，利用它，用户可以方便的构建适合自己的测温系统，同时，DS18B20可以提高系统的抗干扰性，使系统的设计更灵活、方便，而且适合在恶劣的环境下进行温度测量。

DS18B20的内部结构  DS18B20内部结构如图1所示，主要由4部分组成：

64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

DS18B20的管脚排列如图2所示，DQ为数字信号输入／输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地，见图4）。

        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，每个DS18B20的64位序列号均不相同。

64位ROM的排的循环冗余校验码（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。

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。

图1DS18B20的内部结构

图2DS18B20的管脚排列

　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

I/O

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。

DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，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。

DS18B20温度/数字对应关系如下表1所示:

表1实测温度和数字输出的对应关系:

Table1Relationshipbetweenmeasuredtemperaturesanddigitaloutput

温度/ºC

数字输出（二进制）

数字输出（十六进制）

+125

+85

+25.0625

+20.125

+0.5

0

-0.5

-20.125

-25.0625

-55

0000011111010000

0000010101010000

0000000110010001

0000000010100010

0000000000001000

0000000000000000

111111*********00

111111*********10

111111*********1

111111*********0

07D0H

0550H

0191H

00A2H

0008H

0000H

FFF8H

FF5EH

FF6FH

F000H

DS18B20内部暂存存储器的第5个字节是结构寄存器，它主要用于确定温度值的数字转换分辨率，字节结构如下

0

R

R

1

1

1

1

1

其中R1,R2用于设置分辨率，如下表2所示

表2DS18B20分辨率设置表

R

R

温度分辨

最大转换时间

0

0

9位

93.75ms

0

1

10位

187.5ms

1

0

11位

375ms

1

1

12位

750ms

三、系统硬件设计

DS18B20与单片机的典型接口设计

    图3以MCS－51系列单片机为例，画出了DS18B20与微处理器的典型连接。

图3（a）中DS18B20采用寄生电源方式，其VDD和GND端均接地，图3（b）中DS18B20采用外接电源方式，其VDD端用3V～5.5V电源供电。

图3（a）寄生电源工作方式

图3（b）外接电源工作方式

四、系统软件设计

DS18B20的一线工作协议流程是：

初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输。

其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序

初始化时序

写时序

读时序

3个子程序：

INIT为初始化子程序，WRITE为写（命令或数据）子程序，READ为读数据子程序，所有的数据读写均由最低位开始。

INI11:

CLRDAT

DJNZR2,INI11；主机发复位脉冲持续3μs×200=600μs

SETBDAT；主机释放总线，口线改为输入

MOVR2,＃30

IN12:

DJNZR2,INI12；DS18B20等待2μs×30=60μs

CLRC

ORLC,DAT；DS18B20数据线变低（存在脉冲）吗？

JCINI10；DS18B20未准备好，重新初始化

MOVR6,＃80

INI13:

ORLC,DAT

JCINI14；DS18B20数据线变高，初始化成功

DJNZR6,INI13；数据线低电平可持续3μs×80=240μs

SJMPINI10；初始化失败，重来

INI14:

MOVR2,＃240

IN15:

DJNZR2,INI15；DS18B20应答最少2μs×240=480μs

RET

；－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

WRITE:

CLREA

MOVR3,＃8；循环8次，写一个字节

WR11:

SETBDAT

MOVR4,＃8

RRCA；写入位从A中移到CY

CLRDAT

WR12:

DJNZR4,WR12

；等待16μs

MOVDAT,C；命令字按位依次送给DS18B20

MOVR4,＃20

WR13:

DJNZR4,WR13

；保证写过程持续60μs

DJNZR3,WR11

；未送完一个字节继续

SETBDAT

RET

；－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

READ:

CLREA

MOVR6,＃8；循环8次，读一个字节

RD11:

CLRDAT

MOVR4,＃4

NOP；低电平持续2μs

SETBDAT；口线设为输入

RD12:

DJNZR4,RD12

；等待8μs

MOVC,DAT

；主机按位依次读入DS18B20的数据

RRCA；读取的数据移入A

MOVR5,＃30

RD13:

DJNZR5,RD13

；保证读过程持续60μs

DJNZR6,RD11

；读完一个字节的数据，存入A中

SETBDAT

RET

；－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

        主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：

初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。

必须先启动DS18B20开始转换，再读出温度转换值。

假设一线仅挂接一个芯片，使用默认的12位转换精度，外接供电电源，可写出完成一次转换并读取温度值子程序GETWD。

    GETWD:

LCALLINIT

    MOVA,＃0CCH

    LCALLWRITE；发跳过ROM命令

    MOVA,＃44H

    LCALLWRITE；发启动转换命令

    LCALLINIT

    MOVA,＃0CCH；发跳过ROM命令

    LCALLWRITE

    MOVA,＃0BEH；发读存储器命令

    LCALLWRITE

    LCALLREAD

    MOVWDLSB,A

    ；温度值低位字节送WDLSB

    LCALLREAD

    MOVWDMSB,A

    ；温度值高位字节送WDMSB

    RET

    ……

        子程序GETWD读取的温度值高位字节送WDMSB单元，低位字节送WDLSB单元，再按照温度值字节的表示格式及其符号位，经过简单的变换即可得到实际温度值。

五、结束语

DS18B20是目前最流行的单总线温度传感器之一。

它的接口电路简单、可靠，因此咋温度检测系统以及测控网络中将会有广泛的应用前景。

【参考文献】

1．李广弟等．《单片机基础》修订本．北京航空航天大学出版社，2001

2．李朝青编．《单片机原理及接口技术》（简明修订版）．北京航空航天大学出版社，1998

3．公茂法等．《单片机人机接口实例》．北京航空航天大学出版社，1998

4．冯克．《MCS-51单片机实用子程序及其应用实例》．黑龙江科学技术出版社，1990

5．王福瑞等．《单片微机测控系统设计大全》．北京航空航天大学出版社，1999

6．徐仁贵等．《单片