项目九数字温度计（课件）-《单片机技术应用》同步教学（北理版）

2024-07-10

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项目九数字温度计任务一掌握 DS18B20 的工作原理任务二设计数字温度计返回 1 任务一掌握 DS18B20 的工作原理一、任务描述介绍数字温度传感器 DS18B20 的工作原理，了解其内部结构及相关寄存器的使用方法。二、DS18B20 简介传统的温度检测元件有热敏电阻和热电偶。这些检测元件将所测温度信号转换为模拟电信号输出，需再经 A/D 转换电路将模拟信号转换为数字信号后送至单片机电路处理。采用这种温度检测方法，系统硬件电路与软件编程都相对复杂。下一页返回任务一掌握 DS18B20 的工作原理本系统采用数字温度传感器 DS18B20 作为温度检测元件，测温范围为− 55 ℃～+ 125 ℃。DS18B20 可以直接读出被测温度值，而且采用 3 线制与单片机相连，硬件电路简单，节省系统成本并提高了系统可靠性。 DS18B20 主要具有以下特点：（ 1 ）采用单总线（ 1 − wirebus ）通信方式，仅需一条口线即可实现与单片机进行数据传输。（ 2 ）具有 3 引脚小体积封装方式，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。（ 3 ）测温范围为− 55 ℃～ +125 ℃。上一页下一页返回任务一掌握 DS18B20 的工作原理（ 4 ）电源供电范围为 3.0 ～ 5.5 V 。（ 5 ）可编程为 9 ～ 12 位数字量输出。（ 6 ）支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。（ 7 ）每个 DS18B20 器件都有独一无二的序列号。三、DS18B20 内部结构 1. 引脚功能 DS18B20 为三引脚元件，外形同普通三极管，如图 9 − 1 所示，引脚功能详见表 9 − 1 。上一页下一页返回任务一掌握 DS18B20 的工作原理 2. DS18B20 内部结构 DS18B20 主要由 64 位 ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL ，以及配置寄存器等组成，如图 9 − 2 所示。四、DS18B20 工作命令工作时， DS18B20 主机（单片机）可以使用各种命令对 DS18B20 进行操作。操作过程为：初始化 DS18B20 、发 ROM 功能命令、发存储器操作命令。上一页下一页返回任务一掌握 DS18B20 的工作原理 1. 读 ROM ［ 33H ］这个命令允许总线控制器读到 DS18B20 的 8 位系列编码、唯一的序列号和 8 位 CRC 码。只有在总线上存在单只 DS18B20 的时候才能使用这个命令。如果总线上有不止一个从机，当所有从机试图同时传送信号时就会发生数据冲突。 2. 匹配 ROM ［ 55H ］这个是匹配 ROM 命令，后跟 64 位 ROM 序列，让总线控制器在多点总线上定位一只特定的 DS18B20 。只有和 64 位 ROM 序列完全匹配的 DS18B20 才能响应随后的存储器操作。所有和 64 位 ROM 序列不匹配的从机都将等待复位脉冲。这条命令在总线上有单个或多个器件时都可以使用。上一页下一页返回任务一掌握 DS18B20 的工作原理 3. 跳过 ROM ［ 0CCH ］这条命令允许总线控制器不用提供 64 位 ROM 编码就使用存储器操作命令，在单点总线情况下，可以节省时间。如果总线上不止一个从机，在“ Skip ROM ”命令之后跟着发一条读命令，由于多个从机同时传送信号，总线上就会发生数据冲突。 4. 搜索 ROM ［ 0F0H ］当系统初次启动时，总线控制器可能并不知道单线总线上有多少器件或它们的 64 位ROM 编码。搜索 ROM 命令允许总线控制器用排除法识别总线上的所有从机的 64 位编码。上一页下一页返回任务一掌握 DS18B20 的工作原理 5. 报警搜索［ 0ECH ］这条命令的流程和搜索 ROM 相同。然而，只有在最近一次测温后遇到符合报警条件的情况， DS18B20 才会响应这条命令。报警条件定义为温度高于 TH 或低于 TL 。只要 DS18B20不掉电，报警状态将一直保持，直到再一次测得的温度值达不到报警条件。 6. 写暂存存储器［ 4EH ］这个命令向 DS18B20 的暂存器 TH 和 TL 中写入数据。可以在任何时刻发出复位命令来中止写入。上一页下一页返回任务一掌握 DS18B20 的工作原理 7. 读暂存存储器［ 0BEH ］这个命令读取暂存器的内容。读取将从第 1 个字节开始，一直进行下去，直到第 9 字节读完。如果不想读完所有字节，控制器可以在任何时间发出复位命令来中止读取。 8. 拷贝暂存存储器［ 48H ］这个命令把暂存器的内容拷贝到 DS18B20 的 EEPROM 存储器里，即把温度报警触发字节存入非易失性存储器里。如果总线控制器在这条命令之后跟着发出读时隙，而 DS18B20又忙于把暂存器拷贝到 EEPROM ， DS18B20 就会输出一个 0 ，如果拷贝结束， DS18B20 则输出 1 。上一页下一页返回任务一掌握 DS18B20 的工作原理如果使用寄生电源，总线控制器必须在这条命令发出后立即启动强上拉并最少保持10 ms 。 9. 温度转换［ 44H ］这条命令启动一次温度转换而无须其他数据。温度转换命令被执行，而后 DS18B20 保持等待状态。如果总线控制器在这条命令之后跟着发出时隙，而 DS18B20 又忙于做温度转换，则 DS18B20 将在总线上输出 0 ，若温度转换完成，则输出 1 。如果使用寄生电源，总线控制器必须在发出这条命令后立即启动强上拉，并保持 500 ms 以上时间。上一页下一页返回任务一掌握 DS18B20 的工作原理 10. 重新调出［ 0B8H ］这条命令把报警触发器里的值拷贝回暂存器。这种拷贝操作在 DS18B20 上电时自动执行，这样器件一上电暂存器里马上就存在有效的数据了。若在这条命令发出之后发出读数据时隙，器件会输出温度转换忙的标识： 0 为忙， 1 为完成。 11. 读电源［ 0B4H ］若把这条命令发给 DS18B20 后发出读时隙，器件就会返回它的电源模式： 0 为寄生电源，1 为外部电源。上一页下一页返回任务一掌握 DS18B20 的工作原理五、DS18B20 工作时序作为单总线器件， DS18B20 与单片机间采用串行数据传输方式，要求按照严格的时隙进行操作。主机使用时隙来读写 DS18B20 的数据位和写命令字的位（在此所有程序均采用12 MHz 晶振），单片机 P3.7 引脚接 DS18B20 数据线。上一页返回任务二设计数字温度计一、任务描述利用单片机 AT89S51 与 DS18B20 设计一数字温度计，测温范围为− 55 ℃～+ 125 ℃，显示精度为 0.1 ℃。采用 4 位 LED 数码管显示温度，一位小数、三位整数。正温度时，最高位显示百位温度或不显示，负温度时最高位显示符号“−”。系统采用 12 MHz 晶振。二、硬件电路设计 DS18B20 典型应用电路如图 9 − 8 所示。 DS18B20 数据端接至单片机 P3.7 引脚，采用四位数码管显示温度值（三位整数，一位小数）。下一页返回任务二设计数字温度计三、软件设计系统程序主要包括主程序、温度转换子程序、温度 BCD 码转换子程序、显示缓冲区刷新子程序等。四、源程序清单上一页返回图 9 - 1 返回表 9 - 1 返回图 9 - 2 返回图 9 - 8 返回 $$

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