单片机DS18B20最终论文Word文档格式.docx

1、Key words: temperature measurement； microprocessor ；C language 前 言这次的毕业设计以虚拟环境下通过80C51单片机实现DS18B20芯片温度测量为目标。DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1Wire，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，可以连接很多这样设备实现多路温度测量和温度报警。由于DS18B20采用的是1Wire总线通信协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对80C51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

2、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80C51单片机作为主设备，单总线器件DS18B20作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主设备主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，则在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。可以说对DS18B20的编译即是一个写读时隙的过程。 我们的毕业设计目的是通过80C51单片机对DS18B20进行编程，同时了解DS18

3、B20的性能特点，通过所学的C语言知识和相关资料提供的指令代码完成基于80C51单片机与DS18B20的温度检测软件设计。目录前 言 1第一章 单片机介绍 11. 1 80C51 单片机的逻辑原理结构 11.2 80C51单片机内部结构 21.3 80C51引脚介绍 31.4 设计中所编译的相关程序及系统框图 5第二章 DS18B20芯片介绍 72.1 DS18B20芯片特征 72.2 DS18B20内部结构 72.3硬件构造 82.4 DS18B20引脚排列 92.5 DS18B20芯片各部分介绍 9第三章 DS18B20代码指令介绍及程序设计 123.1 DS18B20初始化 133.2

4、DS18B20读写操作 143.3 ROM指令代码 173.4 DS18B20功能指令 18总 结 21附录 23致 谢 29 第一章 单片机介绍本次毕业设计要使用到80C51单片机以及DS18B20温度测量芯片。通过对80C51单片机进行编程，从而控制DS18B20进行温度测量和温度转换。 单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机“【1】”。1. 1 80C51 单片机的逻辑原理结构 80C51单片机采用的是冯.诺伊曼提出的经典计算机体

5、系结构框架，即一台计算机是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备共五个基本部分组成。MCS-51单片机在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O口等。图1.1 单片机的系统结构框图“1”由图看出，单片机内部主要包含下列几个部件： 一个8位CPU； 一个时钟电路； 4KB程序存储器； 128KB数据存储器； 两个16位定时/计数器； 64KB扩展总线控制电路； 四个8-bit并行I/O端口； 一个可编程串行接口； 五个中断源，其中包括两个优先级嵌套中断。1.2 80C51单片机内部结构 图1.2 80C51内部结构图“2”1. CPU CPU即中央处理器的简称，

6、是单片机的核心部件，它完成各种运算和控制操作，CPU由运算器和控制器两部分电路组成。（1）运算器电路 运算器电路包括ALU（算术逻辑单元）、ACC（累加器）、B寄存器、状态寄存器、暂存器1和暂存器2等部件，运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。运算电路以ALU为核心单元，可以完成半字节、单字节以及多字节数据的运算操作，其中包括加、减、乘、除等算术运算以及与、或、异或、求补和循环等逻辑操作，运算结果的状态由状态寄存器保存。（2）控制器电路 控制器电路包括程序计数器PC、PC加1寄存器、指令寄存器、指令译码器、数据指针DPTR、堆栈指针SP、缓冲器以及定时与控制电路等。控制电路完成指挥控制工作，协

7、调单片机各部分正常工作。程序计数器PC用来存放即将要执行的指令地址，它可以完成64K的外部存储器寻址，执行指令时，PC内容的高8位经P2口输出，低8位经P0口输出。数据指针DPTR为16位数据指针，它可以对64K的外部数据存储器和I/O口进行寻址，它的低8位为DPL（地址82H），高8位为DPH（地址为83H）。堆栈指针SP在片内RAM（128字节）中开辟栈区，并随时跟踪栈顶地址，它按先进后出的原则存取数据，上电复位后，SP指向07H。1. 定时器/计数器 80C51单片机片内有两个16位的定时/计数器，即定时器0和定时器1。它们可以用于定时控制、延时以及对外部事件的计数和检测等。2. 存储器

8、 80C51系列单片机的存储器包括数据存储器和程序存储器，其主要特点是程序存储器和数据存储器的寻址空间是相互独立的，物理结构也不相同。80C51有4个物理上相互独立的存储器空间：即内、外程序存储器和内、外数据存储器。对于8051其芯片中共有256个RAM单元，其中后128个单元被专用寄存器占用，只有前128个单元供用户使用。3. 并行I/O口 80C51单片机共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2和P3），每一条I/O线都能独立地用作输入或输出。P0口为三态双向口，能带8个TTL门电路，P1、P2和P3口为准双向口，负载能力为4个TTL门电路。4. 串行I/O口 80C51单片机具有一个采用

9、通用异步工作方式的全双工串行通信接口，可以同时发送和接收数据。它具有两个相互独立的接收、发送数据缓冲器，两个缓冲器共用一个地址（99H），发送缓冲器只能写入，不能读出，接收缓冲器只能读出，不能写入。5. 中断控制系统 80C51单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。80C51共有5个中断源，即外中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个。所有中断分为高级和低级两个中断优先级。6. 时钟电路 80C51芯片内部有时钟电路，但晶体振荡器和微调电容必须外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，振荡器的频率范围为1.2MHz12MHz，典型取值为6MHz。7. 总线 以上所有组成部分都是通过总线连

10、接起来，从而构成一个完整的单片机。系统的地址信号、数据信号和控制信号都是通过总线传送的，总线结构减少了单片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性。1.3 80C51引脚介绍 图1.3 80C51引脚图“3” VCC：供电电压 GND：接地P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在编程时，P0 口作为原码输入口，当进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

11、P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P3口：P3口

12、管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指钟写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作

13、寄存器R0-R7）的状态。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PS

14、EN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余

15、输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，80C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止“4”。1.4

16、设计中所编译的相关程序及系统框图延时子程序：/-/延时子程序 （Delay（2）约为延时1us）void Delay（long int milliseconds） long int i; long int j; j =milliseconds; for（i = 0; i j; i +） return;系统时钟初始化设置：/系统时钟初始化设置void SYSCLK_Init （void） int i; / Delay counter OSCXCN = 0x27; / start external oscillator with 22.1184MHz crystal for （i=0; i 1ms

17、） OSCICN = 0x88; / select external oscillator as SYSCLK source and enable missing clock detector/看门狗初始化设置void WATCH_Dog （） WDTCN = 0xde; WDTCN = 0xad;单片机I/O口初始化设置：/单片机I/O口初始化设置void PORT_Init （） XBR0 = 0x04; /TX0和RX0连到P0.0和P0.1 XBR1 = 0x00; XBR2 = 0x40; P0MDOUT|=0xff; P1MDOUT|=0xfd; /设置P1.1为输入 P2MDOU

18、T|=0xff; P3MDOUT|=0xff; P74OUT|=0xff;ACC位定义：/-/ACC位定义sbit ACC_0 =ACC0; /数据位sbit ACC_1 =ACC1;sbit ACC_2 =ACC2;sbit ACC_3 =ACC3;sbit ACC_4 =ACC4;sbit ACC_5 =ACC5;sbit ACC_6 =ACC6;sbit ACC_7 =ACC7; 第二章 DS18B20芯片介绍DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不

19、同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域“5”。2.1 DS18B20芯片特征DS18B20 单线数字温度传感器，即“一线器件”，其具有独特的优点： （ 1 ）采用单总线的接口方式 与微处理器连接时 仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。 单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。 （

20、 2 ）测量温度范围宽，测量精度高 DS18B20 的测量范围为 -55 + 125 ； 在 -10+ 85C 范围内，精度为 0.5C 。 （ 3 ）在使用中不需要任何外围元件。 （ 4 ）持多点组网功能 多个 DS18B20 可以并联在惟一的单线上，实现多点测温。 （ 5 ）供电方式灵活 DS18B20 可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而 使系统结构更趋简单，可靠性更高。 （ 6 ）测量参数可配置 DS18B20 的测量分辨率可通过程序设定 912 位。 （ 7 ）负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

21、工作。 （ 8 ）掉电保护功能 DS18B20 内部含有 EEPROM ，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。 DS18B20 具有体积更小、适用电压更宽、更经济、可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围，适合于构建自己的经济的测温系统，因此也就被设计者们所青睐。注：单总线特点单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换，控制都由这根线完成。单总线通常要求外接一个约为 4.7K10K 的上拉电阻，这样，当总线闲置时其状态为高电平“6”。2.2 DS18B20内部结构主要由4部分组成：64 位ROM、温度寄存器、温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。ROM中的64位序列号是出厂前被光刻

22、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=X8X5X41）。 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2.1 DS18B20内部结构图2.3硬件构造单总线系统只有一条定义的信号线。每一个总线上的器件必须是漏极开路或三态输出。这样的系统允许每一个挂在总线上的区间都能在适当的时间驱动它。DS18B20的单总线端口（DQ引脚）是漏极开路式的，单总线需要一个约5K的外部上拉电阻；单总线的空闲状态是高电平。无论任何理由需要暂停某一执行过程时，如果还想

23、恢复执行的画，总线必须停留在空闲状态。在恢复期间，如果单总线处于非活动（高电平）状态，位与位间的恢复时间可以无限长。如果总线停留在低电平超过480us，总线上的所有器件都将被复位。图2.2 DS18B20硬件构造图“7”2.4 DS18B20引脚排列 图2.3 DS18B20引脚排列图“8”1. GND为电源 地；2. DQ为数字信号输入输出端；3. VDD为外接供电电源输入口；2.5 DS18B20芯片各部分介绍（1） 64-BIT ROM AND 1-wire PORT 每个DS18B20都有一个唯一储存在ROM中的64位编码。最前面8位是单线系列编码：28h。接着的48位是一个唯一的序列

24、号。最后8位是以上56位的CRC编码。64位ROM和ROM操作控制区允许DS18B20作为单总线器件并按照单总线协议工作。64-BIT ROM AND 1-wire PORT8位CRC48位序列号8位系列码（2） SCRATCHPAD SCRATCHPAD有一个温度寄存器，高低温报警触发器以及配置寄存器组成。当报警功能不使用时，TH和TL 寄存器可以被当作普通寄存器使用。字节0和字节1为测得温度信息的LSB和MSB。这两个字节是只读的。第2和第3字节是TH和TL的拷贝。位4 包含配置寄存器数据，其被详述于配置寄存器节。字节第5，6 和7位被器件保留，禁止写入；这些数据在读回时全部表现为逻辑1。高速暂存器的位8是只读的，包含以上八个字节的CRC码，CRC的执行方式如CRC发生器节所述。数据通过写暂存器指令4Eh写入高速暂存器的2，3和4位；数据必须以位2为最低有效位开始传送。为了完整的验证数据，高速暂存器能够