基于DS18B20的智能溫度測量裝置

時間：2005-11-09 19:56:00

關鍵字：溫度測量 DS18B20 智能溫度測量裝置

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[導讀]文章介紹了新型單總線結構溫度傳感器DS18B20的結構特征及控制方法、并以此為傳感器，以89C2051單片機為構成的溫度測量裝置的電路組成、原理、程序設計。該裝置適應于人民日常生活、工業(yè)生產(chǎn)和科學研究領域?qū)囟葴y量的需要。文章中介紹的溫度測量裝置具有推廣應用價值。

作者Email: jsmo739@yeah.net

一、前言

溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實時測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。測量溫度的關鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：①傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器，②模擬集成溫度傳感器，③智能集成溫度傳感器。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡化的方向飛速發(fā)展。文章將介紹智能集成溫度傳感器DS18B20的結構特征及控制方法，并對以此傳感器，89C2051單片機為控制器構成的溫度測量裝置的工作原理及程序設計作了詳細的介紹。該裝置適用于人民的日常生活和工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用于溫度測量。

二、DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器

由DALLAS半導體公司生產(chǎn)的DS18B20型單線智能溫度傳感器,屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器,可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領域的溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)和大型設備中。它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠等特點。

1、 DS18B20性能特點

DS18B20的性能特點：①采用單總線專用技術，既可通過串行口線，也可通過其它I/O口線與微機接口，無須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測溫度值（9位二進制數(shù)，含符號位），②測溫范圍為-55℃-+125℃，測量分辨率為0.0625℃,③內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器ROM，④適配各種單片機或系統(tǒng)機，⑤用戶可分別設定各路溫度的上、下限，⑥內(nèi)含寄生電源。

2、 DS18B20內(nèi)部結構

DS18B20內(nèi)部結構主要由四部分組成：64位光刻ROM,溫度傳感器,非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL,高速暫存器。DS18B20的管腳排列如圖1所示。

64位光刻ROM是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列號。不同的器件地址序列號不同。

圖1 DS18B20引腳分布圖

8位產(chǎn)品系列號

48位產(chǎn)品序號

8位CRC編碼

DS18B20高速暫存器共9個存存單元，如表所示：

序號

寄存器名稱

作用

序號

寄存器名稱

作用

溫度低字節(jié)

以16位補碼形式存放

4、5

保留字節(jié)1、2

溫度高字節(jié)

計數(shù)器余值

TH/用戶字節(jié)1

存放溫度上限

計數(shù)器/℃

HL/用戶字節(jié)2

存放溫度下限

CRC

以12位轉(zhuǎn)化為例說明溫度高低字節(jié)存放形式及計算：12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個高低兩個8位的RAM中，二進制中的前面5位是符號位。如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625才能得到實際溫度。

高8位

2⁶

2⁵

2⁴

低8位

2³

2²

2¹

2⁰

2^-1

2^-2

2^-3

2^-4

1、DS18B20控制方法

在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方法，一種是Vcc接外部電源，GND接地，I/O與單片機的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時UDD、GND接地，I/O接單片機I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻。

DS18B20有六條控制命令，如表所示：

指令

約定代碼

操作說明

溫度轉(zhuǎn)換

44H

啟動DS18B20進行溫度轉(zhuǎn)換

讀暫存器

BEH

讀暫存器9個字節(jié)內(nèi)容

寫暫存器

4EH

將數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH、TL字節(jié)

復制暫存器

48H

把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E²RAM中

重新調(diào)E²RAM

B8H

把E²RAM中的TH、TL字節(jié)寫到暫存器TH、TL字節(jié)

讀電源供電方式

B4H

啟動DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號給主CPU

CPU對DS18B20的訪問流程是：先對DS18B20初始化，再進行ROM操作命令，最后才能對存儲器操作，數(shù)據(jù)操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協(xié)議。如主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。

三、基于DS18B20的溫度測量裝置

1、系統(tǒng)組成

由DS18B20構成的智能溫度測量裝置由三部分組成：DS18B20溫度傳感器、89C2051、顯示模塊。產(chǎn)品的主要技術指標：①測量范圍：-55℃-+125℃，②測量精度：0.5℃，③反應時間≤500ms。

2、工作原理

基于DS18B20的溫度測量裝置電圖如圖2所示：溫度傳感器DS18B20將被測環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化成帶符號的數(shù)字信號（以十六位補碼形式，占兩個字節(jié)），傳感器可置于離裝置150米以內(nèi)的任何地方，輸出腳I/O直接與單片機的P1.1相連，R1為上拉電阻，傳感器采用外部電源供電。89C2051是整個裝置的控制核心，89C2051內(nèi)帶1K字節(jié)的FlashROM，用戶程序存放在這里。顯示器模塊由四位一體的共陽數(shù)碼管和4個9012組成。系統(tǒng)程序分傳感器控制程序和顯示器程序兩部分，傳感器控制程序是按照DS18B20的通信協(xié)議編制。系統(tǒng)的工作是在程序控制下，完成對傳感器的讀寫和對溫度的顯示。

1、 程序設計

根據(jù)DS18B20的通信協(xié)議,按圖2的硬件結構。下面是系統(tǒng)的主要程序。

系統(tǒng)主程序********************

ORG 0100H

I/O BIT P3.4

START：LCALL RST18B20 ；調(diào)DS18B20初始化子程序

MOV A，#OCCH ；寫CCH到DS18B20，以便跳過ROM匹配

LCALL WIDS18B20 ；WIDS18B20是寫18B20子程序

JNB F1， START ；若DS18B20不存在則從新開始

MOV A，#44H ；發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令

LCALL WIDS18B20

LCALL DSPLAY ；調(diào)顯示子程序

LCALL RST18B20

MOV A，#0BEH ；發(fā)讀溫度命令

LCALL WIDS18B20

LCALL RDDS18B20 ；RDDS18B20是讀子程序

LCALL ZWDS18B20 ；ZWDS18B20是溫度計算子程序

LCALL DSPLAY

LJMP START

***********部分子程序************

DS18B20初始化子程序***********

RST18B20： SETB    I/O
         CLR    I/O
         MOV    R0,#0FAH   ；延時500微秒
LP1：DJNZ    R0,LP1
        SETB    I/O         ；釋放總線
         MOV    R0,#15H     ；在63微秒內(nèi)檢測是否出現(xiàn)應答信號
LP2：JNB    I/O,LP3
        DJNZ    R0,LP2
       CLR    F1                 ；清標志位,表示DS1820不存在
        LJMP    LP5

LP3：SETB F1 ；標專置1，表示DS18B20存在

MOV    R0,#0FAH    ；延時500微秒
LP4：DJNZ    R0,LP4
LP5：SETB    I/O
        RET

18B20讀子程序**********

RDDS18B20：MOV R2,#8

LOOP：CLR    C
       SETB    I/Q
       NOP
       CLR    I/Q
      NOP
      SETB    I/Q
       MOV    R3,#7
      DJNZ    R3,$
       MOV    C,I/Q
       MOV    R3,#23
       DJNZ    R3,$
       RRC    A
       DJNZ    R2,LOOP

RET

18B20寫子程序************

WIDS18B20： MOV    R2,#8
               CLR    C
        WI：CLR    DQ
              MOV    R3,#6
              DJNZ    R3,$
             RRC    A
              MOV    DQ,C
             MOV    R3,#23
              DJNZ    R3,$
             SETB    DQ
              NOP
              DJNZ    R2,WR1
             SETB    DQ
             RET

18B20顯示子程序************

DSPLAY：----------

18B20溫度計算子程序************

ZWDS18B20：----------

END

結束語

數(shù)字單總線溫度傳感器是目前最新的測溫器件，它集溫度測量，A/D轉(zhuǎn)換于一體，具有單總線結構，數(shù)字量輸出，直接與微機接口等優(yōu)點。既可用它組成單路溫度測量裝置，也可用它組成多路溫度測量裝置，文章介紹的單路溫度測量裝置已研制成產(chǎn)品,產(chǎn)品經(jīng)測試在-10℃-70℃間測得誤差為0.25℃,80℃≤T≤105℃時誤差為0.5℃,當T>105℃誤差為增大到1℃左右。用單總線溫度傳感器和單片機構成的測溫裝置具有推廣價值。