基于DS18B20的智能溫度測(cè)量裝置

時(shí)間：2005-11-07 07:56:00

關(guān)鍵字：溫度測(cè)量 DS18B20 智能溫度測(cè)量裝置

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[導(dǎo)讀]文章介紹了新型單總線(xiàn)結(jié)構(gòu)溫度傳感器DS18B20的結(jié)構(gòu)特征及控制方法、并以此為傳感器，以89C2051單片機(jī)為構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置的電路組成、原理、程序設(shè)計(jì)。該裝置適應(yīng)于人民日常生活、工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域?qū)囟葴y(cè)量的需要。文章中介紹的溫度測(cè)量裝置具有推廣應(yīng)用價(jià)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(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中需要實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開(kāi)溫度的測(cè)量，因此研究溫度的測(cè)量方法和裝置具有重要的意義。測(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)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(guó)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(luò)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(jié)構(gòu)特征及控制方法，并對(duì)以此傳感器，89C2051單片機(jī)為控制器構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置的工作原理及程序設(shè)計(jì)作了詳細(xì)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(cè)量。

二、DS18B20單線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器

由DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20型單線(xiàn)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(lǐng)域的溫度測(cè)量及控制儀器、測(cè)控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。

1、 DS18B20性能特點(diǎn)

DS18B20的性能特點(diǎn)：①采用單總線(xiàn)專(zhuān)用技術(shù)，既可通過(guò)串行口線(xiàn)，也可通過(guò)其它I/O口線(xiàn)與微機(jī)接口，無(wú)須經(jīng)過(guò)其它變換電路，直接輸出被測(cè)溫度值（9位二進(jìn)制數(shù)，含符號(hào)位），②測(cè)溫范圍為-55℃-+125℃，測(cè)量分辨率為0.0625℃,③內(nèi)含64位經(jīng)過(guò)激光修正的只讀存儲(chǔ)器ROM，④適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)機(jī)，⑤用戶(hù)可分別設(shè)定各路溫度的上、下限，⑥內(nèi)含寄生電源。

2、 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)

DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(bào)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(chǎng)前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列號(hào)。不同的器件地址序列號(hào)不同。

圖1 DS18B20引腳分布圖

8位產(chǎn)品系列號(hào)

48位產(chǎn)品序號(hào)

8位CRC編碼

DS18B20高速暫存器共9個(gè)存存單元，如表所示：

序號(hào)

寄存器名稱(chēng)

作用

序號(hào)

寄存器名稱(chēng)

作用

溫度低字節(jié)

以16位補(bǔ)碼形式存放

4、5

保留字節(jié)1、2

溫度高字節(jié)

計(jì)數(shù)器余值

TH/用戶(hù)字節(jié)1

存放溫度上限

計(jì)數(shù)器/℃

HL/用戶(hù)字節(jié)2

存放溫度下限

CRC

以12位轉(zhuǎn)化為例說(shuō)明溫度高低字節(jié)存放形式及計(jì)算：12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)高低兩個(gè)8位的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位。如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625才能得到實(shí)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(jī)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(jī)的I/O線(xiàn)相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí)UDD、GND接地，I/O接單片機(jī)I/O。無(wú)論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線(xiàn)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(shuō) 明

溫度轉(zhuǎn)換

44H

啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換

讀暫存器

BEH

讀暫存器9個(gè)字節(jié)內(nèi)容

寫(xiě)暫存器

4EH

將數(shù)據(jù)寫(xiě)入暫存器的TH、TL字節(jié)

復(fù)制暫存器

48H

把暫存器的TH、TL字節(jié)寫(xiě)到E²RAM中

重新調(diào)E²RAM

B8H

把E²RAM中的TH、TL字節(jié)寫(xiě)到暫存器TH、TL字節(jié)

讀電源供電方式

B4H

啟動(dòng)DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號(hào)給主CPU

CPU對(duì)DS18B20的訪(fǎng)問(wèn)流程是：先對(duì)DS18B20初始化，再進(jìn)行ROM操作命令，最后才能對(duì)存儲(chǔ)器操作，數(shù)據(jù)操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議。如主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過(guò)程，根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)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(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。

三、基于DS18B20的溫度測(cè)量裝置

1、系統(tǒng)組成

由DS18B20構(gòu)成的智能溫度測(cè)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(shù)指標(biāo)：①測(cè)量范圍：-55℃-+125℃，②測(cè)量精度：0.5℃，③反應(yīng)時(shí)間≤500ms。

2、工作原理

基于DS18B20的溫度測(cè)量裝置電圖如圖2所示：溫度傳感器DS18B20將被測(cè)環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化成帶符號(hào)的數(shù)字信號(hào)（以十六位補(bǔ)碼形式，占兩個(gè)字節(jié)），傳感器可置于離裝置150米以?xún)?nèi)的任何地方，輸出腳I/O直接與單片機(jī)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(gè)裝置的控制核心，89C2051內(nèi)帶1K字節(jié)的FlashROM，用戶(hù)程序存放在這里。顯示器模塊由四位一體的共陽(yáng)數(shù)碼管和4個(gè)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(duì)傳感器的讀寫(xiě)和對(duì)溫度的顯示。

1、 程序設(shè)計(jì)

根據(jù)DS18B20的通信協(xié)議,按圖2的硬件結(jié)構(gòu)。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(xiě)CCH到DS18B20，以便跳過(guò)ROM匹配

LCALL WIDS18B20 ；WIDS18B20是寫(xiě)18B20子程序

JNB F1， START ；若DS18B20不存在則從新開(kāi)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(jì)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(shí)500微秒
LP1：DJNZ    R0,LP1
        SETB    I/O         ；釋放總線(xiàn)
         MOV    R0,#15H     ；在63微秒內(nèi)檢測(cè)是否出現(xiàn)應(yīng)答信號(hào)
LP2：JNB    I/O,LP3
        DJNZ    R0,LP2
       CLR    F1                 ；清標(biāo)志位,表示DS1820不存在
        LJMP    LP5

LP3：SETB F1 ；標(biāo)專(zhuān)置1，表示DS18B20存在

MOV    R0,#0FAH    ；延時(shí)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(xiě)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(jì)算子程序************

ZWDS18B20：----------

END

結(jié)束語(yǔ)

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