数字温度计的设计与实现.docx

数字温度计的设计与实现 一、实验目的 ．了解 DS18B20 数字式温度传感器的工作原理。 ．利用 DS18B20 数字式温度传感器和微机实验平台实现数字温度计。 二、实验内容与要求 采用数字式温度传感器为检测器件，进行单点温度检测。用数码管直接显示温度值， 微机系统作为数字温度计的控制系统。 １．基本要求： 检测的温度范围：0℃～100℃，检测分辨率 ?0.5℃。 用 4 位数码管来显示温度值。 超过警戒值（自己定义）要报警提示。 ２．提高要求 扩展温度范围。 增加检测点的个数，实现多点温度检测。 三、设计报告要求 ．设计目的和内容 ．总体设计 ．硬件设计：原理图（接线图）及简要说明 ．软件设计框图及程序清单 ．设计结果和体会（包括遇到的问题及解决的方法） 四、数字温度传感器 DS18B20 由 DALLAS 半导体公司生产的 DS18B20 型单线智能温度传感器,属于新一代适配微处理 器的智能温度传感器,可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系 统和大型设备中。它具有体积小，接口方便，传输距离远等特点。 1. DS18B20 性能特点 DS18B20 的性能特点：①采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它 I/O 口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9 位二进制数，含符号 位），②测温范围为-55℃-+125℃，测量分辨率为 0.0625℃,③内含 64 位经过激光修正的 只读存储器 ROM，④适配各种单片机或系统机，⑤用户可分别设定各路温度的上、下限， ⑥内含寄生电源。 2. DS18B20 内部结构 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,高速暂存器。64 位光刻 ROM 是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20 的地址序列号。64 位 ROM 结构图如图 2 所示。不同的器件地址序列号不同。 DS18B20 的管脚排列如图 1 所示。 图 1 DS18B20 引脚分布图 8 位检验 CRC 48 位序列号 8 位工厂代码（10H） MSB 图 2 64 位 ROM 结构图 LSB DS18B20 高速暂存器共 9 个存储单元，如表所示： 序号 寄存器名称 作 用 序号 寄存器名称 作 用 0 温度低字节 以 16 位补码形式存放 4 配置寄存器 1 温度高字节 以 16 位补码形式存放 5、6、7 保留 2 TH/用户字节 1 存放温度上限 8 CRC 3 HL/用户字节 2 存放温度下限 以 12 位转化为例说明温度高低字节存放形式及计算：12 位转化后得到的 12 位数据， 存储在 18B20 的两个高低两个 8 位的 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 0.0625 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 0.0625 才能得到实际温度。 222 2 2 2 高 8 位 S S S S S 26 25 24 低 8 位 23 22 21 20 2-1 2-2 2-3 2-4 3. DS18B20 控制方法 DS18B20 有六条控制命令，如表所示： 指 令 约定代码 操 作 说 明 温度转换 44H 启动 DS18B20 进行温度转换 读暂存器 BEH 读暂存器 9 个字节内容 写暂存器 4EH 将数据写入暂存器的 TH、TL 字节 复制暂存器 48H 把暂存器的 TH、TL 字节写到 E RAM 中 重新调 E RAM B8H 把 E RAM 中的 TH、TL 字节写到暂存器 TH、TL 字节 读电源供电方式 B4H 启动 DS18B20 发送电源供电方式的信号给主 CPU 4. DS18B20 的通信协议 DS18B20 器件要求采用严格的通信协议，以保证数据的完整性。该协议定义了几种信 号类型：复位脉冲，应答脉冲时隙；写 0，写 1 时隙；读 0，读 1 时隙。与 DS18B20 的 通信，是通过操作时隙完成单总线上的数据传输。发送所有的命令和数据时，都是字节的 低位在前，高位在后。 a) 复位和应答脉冲时隙 每个通信周期起始于微控制器发出的复位脉冲，其后紧跟 DS18B20 发出的应答脉冲，在 写时隙期间，主机向 DS18B20 器件写入数据，而在读时隙期间，主机读入来自 DS18B20 的数据。在每一个时隙，总线只能传输一位数据。时序图见图 3。 b) 写时隙 当主机将单总线 DQ 从逻辑高拉到逻辑低时，即启动一个写时隙，所有的写时隙必须在 60~120us 完成，且在每个循环之间至少需要 1us 的恢复时间。写 0 和写 1 时隙如图所