基于DS18B20的温度采集系统数码管显示的方案设计书Word格式.docx

1、Keywards: SCM control 、temperature measure、temperature sensors temperature alarming 、low cost 、 ease of use 一、设计内容及要求利用DS18B20实现温度采集，并用数码管显示（用proteus实现）。二、芯片资料1、DS18B201.1 DS18B20的工作原理DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。 DS18B20测温原理如图3所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固

2、定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振 随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。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，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，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 为所测温度。图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。 DS18B20有4个主要的数据部件：（1）光刻ROM中的64位序列号

3、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。（2）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。表1: DS18B20温度值格式表这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特

4、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。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。表2: DS18B20温度数据表（3）DS18B20温度传感器的存储器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。（4）配置寄存器该字节各

5、位的意义如下：TMR1R01 表3： 配置寄存器结构低五位一直都是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）分辨率温度最大转换时间9位93.75ms10位187.5ms11位375ms12位750ms 表4： 温度分辨率设置表序号名称引脚功能描述GND地信号2DQ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。3VDD可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。1.2 DS18B20的使用方

6、法由于DS18B20采用的是1Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51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。所有时序都是将主机作为主设备，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

7、完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。DS18B20的初始化 （1） 先将数据线置高电平“1”。（2） 延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点） （3） 数据线拉到低电平“0”。（4） 延时750微秒（该时间的时间范围可以从480到960微秒）。（5） 数据线拉到高电平“1”。（6） 延时等待（如果初始化成功则在15到60毫秒时间之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）。（7） 若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5

8、）步的时间算起）最少要480微秒。（8） 将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。DS18B20的写操作 （1） 数据线先置低电平“0”。（2） 延时确定的时间为15微秒。（3） 按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）。（4） 延时时间为45微秒。（5） 将数据线拉到高电平。（6） 重复上（1）到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为止。（7） 最后将数据线拉高。DS18B20的读操作 （1）将数据线拉高“1”。（2）延时2微秒。（3）将数据线拉低“0”。（4）延时3微秒。（5）将数据线拉高“1”。（6）延时5微秒。（7）读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理。（8）延时60微秒。

9、ROM指令表 指 令 约定代码功 能读ROM33H读DS1820温度传感器ROM中的编码（即64位地址） 符合 ROM 55H发出此命令之后，接着发出 64 位 ROM 编码，访问单总线上与该编码相对应的 DS1820 使之作出响应，为下一步对该 DS1820 的读写作准备。搜索 ROM 0FOH用于确定挂接在同一总线上 DS1820 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 DS1820 发温度变换命令。适用于单片工作。告警搜索命令 0ECH执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应。RAM指令表 温度变换

10、44H启动DS1820进行温度转换，12位转换时最长为750ms（9位为93.75ms）。结果存入内部9字节RAM中。读暂存器 0BEH 读内部RAM中9字节的内容 写暂存器 4EH 发出向内部RAM的3、4字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。复制暂存器 48H 将RAM中第3 、4字节的内容复制到EEPROM中。重调 EEPROM 0B8H 将EEPROM中内容恢复到RAM中的第3 、4字节。读供电方式 0B4H 读DS1820的供电模式。寄生供电时DS1820发送“ 0 ”，外接电源供电 DS1820发送“ 1 ”。2、AT89C512.1 AT89C51简介A

11、T89S51美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K BytesISP（In-system programmable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及AT89C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元。单片机AT89S51强大的功能可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。2.2 AT89C51功能 AT89S51提供以下标准功能：40个引脚、4K Bytes Flash片内程序存储器、128 Bytes的随机存取数据存储器

12、（RAM）、32个外部双向输入/输出（I/O）口、5个中断优先级2层中断嵌套中断、2个数据指针、2个16位可编 程定时/计数器、2个全双工串行通信口、看门狗（WDT）电路、片内振荡器及时钟电路。此外，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式,空闲模式，CPU暂停工作，而RAM、定时/计数器、串行通信口、外中断系统可继续工作。掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求2.3 AT89C51引脚P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，也即地址

13、/数据总线复用口。作为输出口用时，能驱动8个TTL逻辑门电路。对端口写“1”时，被定义为高阻输入。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口:P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（I）。P2口:P2口是一个带有内

14、部上拉电阻的8位双向I/O口, P2口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）时,P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据寄存器（例如执行MOVXRi指令）时,P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容）,在整个访问期间不改变。P3口: P3口是一个带有内部上拉电阻的双向8位I/O口, P3口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写“1”时,它们被内部的上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入口使用时,被外部信号拉低的P3口将用上拉电阻输出

15、电流（IRST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上的高电平时间将使单片机复位。WDT溢出将使该引脚输出高电平,设置SFR AUXR的DISRTO位（地址8EH）可打开或关闭该功能。 DISRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态。ALE/:当访问外部存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部寄存器,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。值得注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要,可

16、通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位,可禁止ALE操作。该位置位后,只要一条MOVX和MOVC指令才会激活ALE。此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE无效。：程序存储允许（）输出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89S51由外部程序存储器取指令（或数据）时,每个机器周期两次有效,即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器时,没有两次有效的信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需要注意的是:如果加密位LB1被编程,复位时内部会锁存EA端状态。如EA端保持高电平（接V

17、CC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。三、系统流程1、读DS18B20的子程序 2、读转换温度子程序3、写DS18B20的子程序四、电路与程序设计 1、程序设计TEMP1 EQU 5AH ;符号位和耗电量位公用的存放单元 TEMP2 EQU 5BH ;十位存放单元 TEMP3 EQU 5CH ;个位存放单元 TEMP4 EQU 5DH TEMP5 EQU 5EH ;数据临时存放单元 TEMP6 EQU 5FH TEMP7 EQU 60H TEMP8 EQU 61H ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0030HMAIN: MOV SP,#70H LCALL INT ;调用D

18、S18B20初始化函数MAIN1: LCALL GETTEMP ;调用温度转换函数 LCALL CHULI ;调用温度计算函数 LCALL DISP ;调用温度显示函数 AJMP MAIN1 ;循环INT:L0: SETB P3. 6 ;先释放DQ总线 MOV R2,#250 ;给R2赋延时初值，同时可让DQ保持高电平2USL1: CLR P3.6 ;给DQ一个复位低电平 DJNZ R2,L1 ;保持低电平的时间至少为480US SETB P3.6 ;再次拉高DQ释放总线 MOV R2,#25L2: DJNZ R2,L2 ;保持15US-60US CLR C ORL C,P3.6 ;判断是否收

19、到低脉冲 JC L0 MOV R6,#100L3: ORL C,P3.6 DJNZ R6,L3 ;存在低脉冲保持60US-240US ;JC L0 ;否则继续从头开始，继续判断 SETB P3.6 RETGETTEMP: CLR PSW.4 SETB PSW.3 ;设置工作寄存器当前所在的区域 CLR EA ;使用DS18B20前一定要禁止任何中断初始化DS18B20 MOV A,#0CCH ;送入跳过ROM命令 LCALL WRITE MOV A,#44H ;送入温度转换命令 NOP LCALL DELAY温度转换完成，再次初始化 MOV A,#0BEH ;送入读温度暂存器命令 LCALL

20、READ MOV TEMP4,A ;读出温度的低字节存在TEMP4 MOV TEMP5,A ;读出温度的高字节存在TEMP5 SETB EACHULI: MOV A, TEMP5 ;将温度的高字节取出 JNB ACC.7,ZHENG ;判断最高们是否为0，为则表示温度为正，则转到ZHENG否则温度为负，将温度的低字节取出 MOV A, TEMP4 CPL A ;求反 INC A ;加工厂 MOV TEMP8,A ;存到TEMP8 ANL A,#0FH ;保留低四位 LCALL MULD ;调用乘以625子程序 LCALL HB2 ;调用双字节16进制数转成BCD码子程序 MOV A,R4 ;将

21、结果的千位百位取出 ANL A,#0F0H ;保留千位 SWAP A MOV TEMP7,A ;把小数结果保存在TEMP7中 MOV A,TEMP4 ;再次取出温度低字节 ANL A,#0FFH ;判断是否为0 JZ XX ;为何则转到XX执行 MOV A,TEMP5不为则直接将温度的高字节取反 SJMP YYXX: MOV A,TEMP5 ;为0则求补码 CPL A INC AYY:保留高字节的低四位 SWAP A ;将其换到高4位 MOV R5,A ;暂时保存于R5中 MOV A,TEMP8 ;取出求反后的低位字节取其高四位将其换到低四位 ORL A,R5 ;合并成温度的整数部分 MOV

22、TEMP6,A ;将整数部分存到TEMP6中 LCALL HBCD ;调用一字节的16进制转换BCD数的子程序 MOV TEMP1,#0BH ;将号的段选值存到符号位 MOV A,TEMP2 ;取出十位 CJNE A,#00H,NEXT MOV TEMP2,#0CH ;十位为0不显示ZHENG:将温度的低字节取出调用双字节16进制数转换成BCD码子程序再次取出温度的低字节 ANL A,#0F0H 换到低4位取出温度的高字节保留低4位换到高4位整数部分存到TEMP6中单字节的16进制转换成BCD码 MOV A,TEMP1 ;取出百位 CJNE A,#00H,NEXT ;百位不为0则转NEXT MOV TEMP1,#0CH ;为0则不显十位为0也不是NEXT:MULD: MOV R3,A MOV B,#71