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1.2温度传感器DS18B20介绍
DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率,精度为±
0.5°
C。
可选更小的封装方式,更宽的电压适用范围。
分辨率设定,及用户设定的报警温度存储在EPROM中,掉电后依然保存。
温度传感器DS18B20引脚如图2所示。
8引脚封装TO-92封装
图2温度传感器
引脚功能说明:
NC:
空引脚,悬空不使用;
VDD:
可选电源脚,电源电压范围。
当工作于寄生电源时,此引脚必须接地。
DQ:
数据输入/输出脚。
漏极开路,常态下高电平。
GND:
为电源地
DS18B20内部结构主要由四部分组成:
64位光刻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。
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℃/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再乘于即可得到实际温度。
例如+125℃的数字输出为07D0H,+℃的数字输出为0191H,℃的数字输出为FF6FH,-55℃的数字输出为FC90H。
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E2RAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。
暂存存储器包含了8个连续字节,前两个字节是测得的温度信息,第一个字节的内容是温度的低八位,第二个字节是温度的高八位。
第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝,第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝,这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。
第六、七、八个字节用于内部计算。
第九个字节是冗余检验字节。
该字节各位的意义如下:
TMR1R011111
低五位一直都是1TM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,如表1所示:
(DS18B20出厂时被设置为12位)
表1DS18B20温度转换时间表
R1
R0
分辨率/位
温度最大转向时间
9
1
10
11
375
12
750
根据DS18B20的通讯协议,主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤:
每一次读写之前都要对DS18B20进行复位,复位成功后发送一条ROM指令,最后发送RAM指令,这样才能对DS18B20进行预定的操作。
复位要求主CPU将数据线下拉500微秒,然后释放,DS18B20收到信号后等待16~60微秒左右,后发出60~240微秒的存在低脉冲,主CPU收到此信号表示复位成功。
我们采用技术成熟的74HCl64实现串并转换。
LED显示分为静态显示和动态显示。
这里采用静态显示,系统通过单片机的串行口来实现静态显示。
串行口为方式零状态,即工作在移位寄存器方式,波特率为振荡频率的1/12。
当器件执行任何一条将SBUF作为目的寄存器的命令时,数据便开始从RXD端发送。
在写信号有效时,相隔一个机器周期后发送控制端SEND有效,即允许RXD发送数据,同时允许从TXD端输出移位脉冲。
2单片机小系统基本组成
AT89S52芯片
在本次设计中,单片机小系统主要由AT89S52芯片、晶振电路、复位电ISP
下载线接口电路、供电电路等组成。
AT89S52为低功耗高性能CMOS8位单片机,其器件以ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术为前提而制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,片上Flash允许程序存储器在系统进行编程,同时也适于常规编程器。
单芯片上,拥有8位CPU及在系统可编程FLASH。
AT89S52的特点:
∙与MCS-51单片机产品兼容;
∙8K字节在系统可编程Flash存储器;
∙1000次擦写周期;
∙全静态操作:
0Hz-33MHz;
∙三级加密程序存储器;
∙32个可编程I/O口线;
∙三个16位定时器/计数器;
∙六个中断源;
∙全双工UART串行通道;
∙低功耗空闲和掉电模式;
∙掉电后中断可唤醒;
∙看门狗定时器;
∙双数据指针;
∙掉电标识符
。
AT89S52单片机的工作电压范围:
—,所以通常给单片机外接5V直流电源。
连接方式为VCC(40脚):
接电源+5V端VSS(20脚):
接电源地端
图3供电电路图4晶振电路
单片机工作的时间基准,决定单片机工作速度。
时钟电路就是振荡电路,向单片机提供一个正弦波信号作为基准,决定单片机的执行速度。
晶振电路如图4示。
复位电路
复位电路用以确定单片机工作的起始状态,完成单片机的启动过程。
其原理图如图5所示
图5复位电路
图6串口通讯口
串口通讯口如图6所示,在这里重点介绍MAX232芯片
MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5v
单电源供电,如图7所示。
第一部分是电荷泵电路。
由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。
功能是产生+12v和-12v两个电源,提供给RS-232串口电平的需要。
第二部分是数据转换通道。
由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。
其中13脚(R1IN)、12脚(R1OUT)、11脚(T1IN)、14脚(T1OUT)为第一数据通道。
8脚(R2IN)、9脚(R2OUT)、10脚(T2IN)、7脚(T2OUT)为第二数据通道。
TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头;
DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。
第三部分是供电。
15脚GND、16脚VCC(+5v)。
其主要特点为:
∙符合所有的RS-232C技术标准;
∙只需要单一+5V电源供电;
∙片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力,能够产生+10V和-10V电压V+、V-;
∙功耗低,典型供电电流5mA;
∙内部集成2个RS-232C驱动器;
∙内部集成两个RS-232C接收器;
∙高集成度,片外最低只需4个电容即可工作。
3硬件设计
DS18B20与单片机的接口电路
图7DS18B20与单片机的接口电路
PROTEUS仿真电路图
图8PROTEUS仿真电路图
4软件设计
系统程序主要包括主程序、读取温度子程序、数据转换子程序、显示数据子程序等。
主程序流程图
主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值,温度测量每1s进行一次。
这样可以在一秒之内测量一次被测温度,其程序流程见图7所示。
图9主程序流程图
4.2各子程序流程图
1、初始化程序
所有操作都必须由初始化脉冲开始,流程图如下,单片机先输出一个480~960us低电平到DQ引脚,再将DQ引脚置高电平,过15~60us后检测DQ引脚状态,若为低电平则DS18B20工作正常,否则初始化失败,不能正常测量温度。
2、读取温度子程序
读取温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节,在读出时需进行CRC校验,校验有错时不进行温度数据的改写。
主要包括以下三个命令:
(1)写暂存器命令【4EH】
这个命令为由TH寄存器开始向DS18B20暂存器写入数据,4EH命令后的3字节数据将被保存到暂存器的地址2、3、4(TH、TL、CONFIG)三个字节。
所有数据必须在复位脉冲前写完。
即如果只想写一个字节的数据到地址2,可按如下流程:
1、初始化;
2、写0CCH,跳过ROM检测;
3、写4EH;
4、写1字节数据;
5、复位,即向DQ输出480~960us低电平
(2)读暂存命令【BEH】
这个命令由字节0读取9个暂存器内容,如果不需要读取所有暂存内容,可随时输出复位脉冲终止读取过程
(3)转换温度命令【44H】
这个命令启动温度转换过程。
转换温度时DS18B20保持空闲状态,此时如果单片机发出读命令,DS18B20将输出0直到转换完成,转换完成后将输出1。
图10读取温度子程序
3、写流程图
写时隙:
写时隙由DQ引脚的下降沿引起。
18B20有写1和写0两种写时隙。
所有写时隙必须持续至少60μs,两个时隙之间至少有1μs的恢复时间。
DS18B20在DQ下降沿后15μs~60μs间采样DQ引脚,若此时DQ为高电平,则写入一位1,若此时DQ为低电平,则写入一位0,如图9所示。
所以,若想写入1,则单片机应先将DQ置低电平,15us后再将DQ置高电平,持续45μs;
若要写入0,则将DQ置低电平,持续60μs。
图11写流程图
4、读流程图
读时隙:
读时隙由DQ下降沿引起,持续至少1μs的低电平后释放总线(DQ置1)DS18B20的输出数据将在下降沿15μs后输出,此时单片机可读取1位数据。
读时隙结束时要将DQ置1。
所有读时隙必须持续至少60μs,两个时隙之间至少有1μs的恢复时间。
图12读流程图
5调试过程
调试结果
电路连接好后,按F5,通过温度传感器测出现在的温度,仿真中,温度传感器温度调为21℃,通过与单片机的P3.3口,把所测量到温度结果传给单片机,单片机进行处理后,控制LED数码管显示出相应的温度结果
调试出现的问题
由于刚接触单片机,看到单片机由40个引脚就觉得很头疼,在设计版图时就觉得很是麻烦,而且LED数码管和温度计的连线必须要和所写的程序相对应,这就使得在前几次连调过程中都不能很好的显示出温度,最后在检查错误时发现有很多线连错了单片机的接口,通过从新对设计思路进行了检查与完善后,最后连调成功,显示出了温度传感器所测得的温度。
6电路特点及方案优缺点
由于本设计是测温电路,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,在将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到A/D转换电路,感温电路比较麻烦。
然而直接使用温度传感器,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以可以采用一
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- 温度计 实验 报告