基于DS18B20的数字温度计设计毕业设计Word文件下载.docx
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4.3程序说明·
11
5总结·
14
参考文献·
基于DS18B20的数字温度计设计
摘要
单片机已经在测控领域中获得了广泛的应用,它除了可以测量电信号以外,还可以用于温度、湿度等非电信号的测量,能独立工作的单片机温度监测、温度控制系统已经广泛应用于很多领域。
关键词
单片机温度计温度
1实例说明
单片机的接口信号是数字电信号,要想用单片机获取温度这类非电信号的信息,毫无疑问,必须使用温度传感器。
温度传感器的作用是将温度信息转换为电流或电压输出,如果转换后的电流或电压输出是模拟信号,那么还必须进行A/D转换,以满足单片机接口的需要。
传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器,但热敏电阻的可靠性差、测量温度准确率低,而且必须经过专门的接口电路转换成数字信号后才能由单片机进行处理。
本例将采用一种数字温度传感器来实现基于51单片机的数字温度设计,此传感器芯片的使用时本例软、硬件设计的重点。
2设计思路分析
设计51单片机数字温度计系统时,需要考虑下面3个方面的内容。
●选择合适的温度传感器芯片。
显然,本例中的核心器件是单片机和温度传感器,单片机采用常用的51单片机即可,而温度传感器的选择则需慎重。
●单片机很温度传感器的接口电路设计。
●控制温度出传感器实现温度信息采集及数据传输软件设计。
2.1温度传感器DS18B20
经过综合考虑,本例选用美国达拉斯公司的单线数字温度传感器芯片DS18B20作为温度传感器。
与传统的热敏电阻有所不同,DS18B20克直接将被测温度转化成船行数字信号,以供单片机处理,它还具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰强等优点。
通过编程,DS18B20可以实现9-12位温度读数。
信息经过单线借口送入DS18B20或从DS18B20送出,因此从微处理器到DS18B20仅需连接一条信号线和地线。
读、写和执行温度变换所需的电源可以由数据线本身提供,而不需要外部电源。
每片DS18B20在出厂时都没有唯一的产品序列号,此序列号存放在他的内部ROM中,微处理器通过简单的协议就能识别这些序列号,因此多个DS18B20可以挂接于同一条单线总线上,这允许在许多不同的地方放置温度传感器,特别适合于构成温度测控系统。
总而言之,DS18B20具有以下特点。
●采用单线技术,与单片机通信只需一个引脚;
●通过识别芯片各自唯一的产品序列号从而实现单线多挂接,简化了分布式温度检测的应用;
●实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温;
●可通过数据线供电,电压范围3-5.5V;
●不需要备份电源;
●测量范围为-55-+125。
C,在-10-+85。
C范围内误差为0、5。
C;
●数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择,可配置实现9-12位的温度读数;
●将12位的温度值转换为数字所需时间不超过750MS;
●用户定义的、非易失性的温度告警设置,用户可自行设定告警的上下限温度;
●告警寻找命令可以识别和寻址那些温度超出预设高警界限的器件。
2.2单线技术
目前常用的微机和外设之间数据传输的串行总线由I2C总线、SPI总线等,其中I2C总线采用同步串行两线方式,而SPI总线采用同步串行三线方式。
这两种总线需要至少两根或两根以上的信号线。
美国达拉斯半导体公司推出了一项特有的单线技术。
该技术与上述总线不同,它采用单根信号线,既可传输时钟,又能传输数据,而且数据传输是双向的,因此这种单线技术具有线路简单、硬件开销少、成本低廉、便于扩展的优点。
单线技术适用于单主机系统,单主机能够控制一个或多个从机设备。
主机可以视为控制器,从机可以是单线器件,它们之间的数据交换、控制都由这根线完成。
主机或从机通过一个漏极开路获三态端口连至该数据线,以允许设备再不发送数据时能够释放该线,而让其他设备使用。
单线通常要求外接一个约5k的上拉电阻,这样,当该线闲置时,其状态为高电平。
主机和从机之间的通信主要分为3个步骤:
初始化单线器件、识别单线器件和单线数据传输。
由于只有一根线通信,所以它们必须是严格的主从结构,只有主机呼叫从机,从机才能应答,主机访问每个单线器件都必须严格遵循单线命令序列,即遵守上述3个步骤地顺序,如果命令序列混乱,单线器件将不会响应逐级。
所有的单线器件都要遵循严格的协议,以保证数据的完整性。
1-wire协议有复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0、读1这几种信号类型组成。
这些信号中,除了应答脉冲,其他均由主机发起,并且所有命令和数据都是字节的低位在前。
3硬件电路设计
本例的核心器件是单片机和单线数字温度传感器,单线器件和单片机的接口只需一根信号线,所以本例的硬件电路十分简单。
本例略去了将采集到的温度值通过数码管显示的电路。
3.1主要器件
单片机选用Atmel公司常用的单片机芯片AT89C52,它完全可以满足本例中采集、控制和数据处理的需要。
温度传感器选用达拉斯公司的单线数字温度传感芯片DS18B20,其引脚分布如图。
引脚功能说明如下。
NC(1、2、6、6、7、8脚):
空引脚,悬空不使用。
VDD(3脚):
可选电源脚,店员电压范围3-5、5V。
当工作于寄生电源时,此引脚必须接地。
DQ(4脚):
数据输入/输出脚。
漏极开路,常态下高电平。
DS18B20内部有4个主要部件:
64位激光ROM、温度传感器、非易失性温度告警触发器和配置寄生器。
每个DS18B20都有一个唯一的64位ROM编码,它存放在64位激光ROM中。
代码的前8位是单线产品系列编码,接着的48位是唯一的产品序列号,最后8位是前面56位编码的CRC校验值,如图所示。
64位激光ROM
内容
8位CRC校演码
48位产品序列号
8位产品系列编码
MSBLSBMSBLSBMSBLSB
CRX的等效多项式函数:
CRC=X8+X5+X4+1
64位激光ROM中的8位CRC值即由此多项式函数产生。
主机可以通过“读ROM命令”读取64位ROM的前56位,然后也按此多项式函数计算出CRC的值,并把它与读出的存放DS18B20激光ROM内的CRC值进行比较,从而决定ROM的数据是否已被主机正确接受。
CRC值的比较和是否继续操作都由主机来决定。
DS18B20的存储器结构如图。
中间结果暂存RAM字节
温度值低位字节
温度值高位字节
1
TH/用户使用字节1
2
TL/用户使用字节2
配置字节
保留字节
5
6
CPC字节
非易失性电可擦除RAM
TH/用户使用字节2
存储器由一个中间结果暂存RAM和一个非易失性电可擦除(E2)RAM组成,后者存储高、低温触发器TH\TL和配置寄存器。
暂存存储器有助于在单线通信时确保数据的完整性,数据首先写入暂存存储器,在那里,它可以被读出效验,效验之后再将数据传送到非易失性E2RAM中。
这一过程确保了修改存储器时数据的完整性。
暂存存储器的头2个字结为测得温度信息的低位和高位字节;
第3、4字节食TH和TL的易失性拷贝,在每一次上电复位时都会被刷新;
第5个字节是配置寄存器的易失性拷贝,在上电复位时也会被刷新;
接着的3字节为内部计算使用;
第9个字节为前面所由8个字节的CRC校验值。
暂存器的第5字节是配置寄存器,可以通过相应的写命令进行配置,其内容如下。
R1
R0
MSBLSB
其中,R0和R1时温度值分辨率位,可按下表进行配置。
温度值分辨率配置表
分辨率
最大转换时间
9位
93.75ms(tconv/8)
10位
187.50ms(tconv/4)
11位
375ms(tconv/2)
12位
750ms(conv)
DS18B20的核心功能部件是他的数字温度传感器,如上所述,它的分辨率可配置为9、10、11或12位,出厂默认设置是12位分辨率,他们对应的温度值分辨率分别为0、5。
C、0、25。
C、0、125。
C何0、0625。
C。
温度信息的低位、高位字节内容中还包括了符号位S和而今滞销书部分,具体形式如下。
低位字节:
23
22
21
20
2-1
2-2
2-3
2-4
高位字节:
S
26
25
24
这是12位分辨率的情况,如果配置为低的分辨率,则其中五意义位为0。
实测温度和数字输出的对应关系如表所示。
温度
数字输出(二进制)
数字输出(十六进制)
+125.C
0000011111010000
07D0H
+85.C
0000010101010000
0550H
+25.0625.C
0000000110010000
0191H
+10.125.C
0000000010100010
00A2h
+0.5.C
0000000000001000
0008H
0.C
0000000000000000
0000H
-0.5.C
1111111111111000
FFF8H
-10.125.C
1111111101011110
FF5EH
-25.0625.C
1111111001101111
FF6FH
-55.C
1111110010010000
FC90H
再DS18B20完成温度变换之后,温度值与村处在TH和TL内的告警出发值相比较。
由于这些是8位寄存器,所以9-12位在比较时忽略。
TH和TL的最高位直接对应16位温度计存器的符号位。
如果温度测量的结果高于TH和TL,那么器件内告警标志将置位,每次温度测量都会更
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