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1、温度检测仪的设计与制作【摘要】：现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。本数字温度采集系统的设计与分析采用美国DALLAS半导体公司继DS1820之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，其可直接实现数字化输出和测试。为此，介绍了单线数字温度传感器DS18B20的结构、特点和工作原理，设计了一种基于DS18B20和STC89C52单片机的温度测量系统的硬件结构及编程。该装置具有显示精度高、价格低廉、结构
2、简单、扩展方便和应用广泛等一系列优点。【关键词】：温度传感器DSB18B20 单片机STC89C52 Temperature Detector Design and Fabrication (Shaanxi Institute of Technology Communications Engineering Telecommunications Engineering, 2006 3 courses, Shaanxi Hanzhong 723000) Instructor: 【Abstract】：Modern information technology is based on the thr
3、ee information collection (sensor technology), information transmission (communication technologies) and information processing (computer technology). Sensors belonging to the forefront of cutting-edge information technology products, in particular, temperature sensors are widely used in industrial
4、and agricultural production, scientific research and the areas of life, the highest number of first sensors. The design uses a digital thermometer DALLAS Semiconductor, Inc., following the United States after the introduction of the DS1820 a smart temperature sensor DS18B20 improved as a detection c
5、omponent, which can be directly read out the measured temperature value,. This paper introduces the structure and principle of the single bus digital temperature sensor DS18B20 and STC89C52, expatiates the application in the agriculture. This device has some advantages such as; better precise, low p
6、rice, simple structure. It also can be easily extended, and has important application perspectives.【Keywords】：temperature sensor DSB18B20 single-chip STC89C52 目 录1 引言51.1选题的背景和意义51.2温度传感器的发展现状52 设计方案的论证和系统的整体设计72.1设计方案论证72.1.1设计方案一（普通传感器+AD转换器）72.1.2设计方案二（温度传感器DS18B20）72.2设计要求及功能83 单片机控制电路的设计93.1单片机
7、的特点及发展93.2单片机的选型103.3外围硬件电路设计153.4LCD数码管显示电路213.5 单片机烧制电路244 系统的设计264.1硬件设计264.2 源程序设计274.3 程序调试与运行274.4 设计印制电路板284.5调试及性能分析28总结与展望29致 谢30参考文献31附录一32附录二391、引言1.1选题的背景和意义随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中全数字温度采集就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活提供更好的更方便的设施就需要从单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控
8、制方向发展。温度是表征物体冷却程度的物理量，也是最基本的环境参数。在农工业生产及日常生活中，对温度的测量及控制始终占据着极其重要的地位。目前，典型的温度测控系统由模拟式温度传感器、A/D转换电路和单片机组成。由于模拟式温度传感器输出的模拟信号必须经过A/D转换环节获得数字信号后才能与单片机等微处理器接口，因而使得硬件电路结构复杂，成本较高。而以DS18B20为代表的新型单总线数字式温度传感器集温度测量和A/D转换于一体，直接输出数字量，与单片机接口电路结构简单，广泛应用于距离远、节点分布多的场合，具有较强的推广应用价值。1.2温度传感器的发展现状温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段：(1)传
9、统的分立式温度传感器(含敏感元件)。(2)模拟集成温度传感器控制器。集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控
10、制器，典型产品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增强型集成温度控制器(例如TC652/653)中还包含了A/D转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别。 (3)智能温度传感器。智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RA
11、M)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种型号微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。进入21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。出现了虚拟温度传感器和网络温度传感器。虚拟传感器是基于传感器硬件和计算机平台、并通过软件开发而成的。利用软件可完成传感器的标定及校准，以实现最佳性能指标。最近，美国公司已开发出一种基于软件设置的TEDS型虚拟传感器，其主要特点是每只传感器都有唯一的产
12、品序列号并且附带一张软盘，软盘上存储着对该传感器进行标定的有关数据。使用时，传感器通过数据采集器接至计算机，首先从计算机输入该传感器的产品序列号，再从软盘上读出有关数据，然后自动完成对传感器的检查、传感器参数的读取、传感器设置和记录工作。网络温度传感器是包含数字传感器、网络接口和处理单元的新一代智能传感器。数字传感器首先将被测温度转换成数字量，再送给微控制器作数据处理。最后将测量结果传输给网络，以便实现各传感器之间、传感器与执行器之间、传感器与系统之间的数据交换及资源共享，在更换传感器时无须进行标定和校准，可做到“即插即用”，这样就极大地方便了用户。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式
13、、由集成化向智能化、网络化的方向发展。其应用领域涉及机械制造、工业过程控制、汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品和专用设备等。 2、设计方案的论证和系统的整体设计2.1设计方案论证2.1.1设计方案一（普通传感器+AD转换器）全数字温度采集是由温度传感器、调理电路、A/D转换器及数显等电路模块构成的测量系统。图2.1 测量电路本设计是测温电路，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，就可以将被测温度值显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。传统的A/D转换器大多采用积
14、分式或逐次比较式转换技术，其噪声容限低，抑制混叠噪声及量化噪声的能力比较差。2.1.2设计方案二（温度传感器DS18B20）进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器采用三线制与单片机相连，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求，具有低成本和易使用的特点。从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。按照系统设计功能的要求，确定系统由3个模块组成：主控制器、测温电路和显示电路。全数字温度采集系统总体电路结构框图如图2.2所示。STC89C5
15、2单片机DS18B20温度传感器RESPACK-8显示电路单片机复位时钟振荡图2.2 全数字温度采集系统总体电路结构框图2.2设计要求及功能 测量温度范围：（1）-10+85，精度：1； （2）LCD液晶屏显示； 3、单片机控制电路的设计3.1单片机的特点及发展3.1.1单片机的特点单片机问世以来所走的路与微处理器是不同的。微处理器向着高速运算、数据分析与处理能力、大规模容量存储等方向发展，以提高通用计算机的性能。其接口界面也是为了满足外设和网络接口而设计的。单片机则是从工业测控对象、环境、接口特点出发，向着增强控制功能、提高工业环境下的可靠性、灵活方便的构成应用计算机系统的界面接口的方向发展
16、。因此，单片机有着自己的特点，主要是：（1） 品种多样，型号繁多。多种型号逐年扩充以适应各种需要。使系统开发者有很大的选择自由。CPU从4、8、16、32到64位，有些还采用RISC技术。（2） 提高性能，扩大容量。集成度已达200万个晶体管以上。总线工作速度已达数十微秒。工作频率达到30MHz甚至40MHz。指令执行周期减到数十微秒。存储器容量RAM发展到1K、2K，ROM发展到32K、64K。（3） 增强控制功能，向外部接口延伸。把原属外围芯片的功能集成到本芯片内。现今的单片机已发展到在一块含有CPU的芯片上，除嵌入RAM、ROM存储器和I/O接口外，还有A/D、PWM、UART、Time
17、r/Counter、DMA、Watchdog、Serial port、Sensor、driver、还有显示驱动、键盘控制。函数发生器、比较器等，构成一个完整的功能强的计算机应用系统。（4） 低功耗。供电电压从5V降到3V、2V甚至1V左右。工作电流从毫安降到微安级。在生产工艺上以CMOS代替NMOS，并向HCMOS过渡。（5） 应用软件配套。提供了软件库，包括标准应用软件，示范设计方法。使用户开发单片机应用系统时更快速、方便，有可能做到用一周时间开发一个新的应用产品。（6） 系统扩展与配置。有供扩展外部电路用的三总线结构DB、AB、CB，以方便构成各种应用系统。根据单片机网络系统、多机系统的特
18、点专门开发出单片机串行总线。此外，还特别配置有传感器，人机对话、网络多通道等接口，以便构成网络和多机系统。3.1.2单片机的发展单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。如果将8位单片机的推出作为起点，单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段 ：（1）第一阶段（1976-1978）：单片机的控索阶段；（2）第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段；（3）第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段；（4）第四阶段（1990）：微控制器的全面发展阶段。3.2单片机
19、的选型3.2.1 单片机的选择（1）STC89C52的选择在众多的“MCS-51系列单片机”生产的公司中，要数ATMEL公司最为著名。美国ATMEL是世界上著名的高性能、低功耗，非易失性存储器的一流半导体制造公司。ATMEL公司最令人瞩目的是E2PROM和闪速（FLASH）存储器技术，一直处于世界领先地位。该设计的控制部分选用的就是ATMEL公司STC89C52单片机。STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。该器件
20、采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的STC89C52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案，可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。（2）复位和晶振电路的选择单片机运行的可靠性是单片机系统中的一个重要问题。单片机运行时，若电源电压降低或受到外界的电磁干扰，就会引起程序失控，出现“死机”或其它不正常现象，导致整个系统瘫痪，为此增加复位电路，可以上电自动复位和手动复位，以保证系统的正常运行。另外单片机工作需要晶振提供内部的时钟，选用12
21、MHz的石英晶振。3.2.2 单片机STC89C52介绍STC89C52是红晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8052单片机，12时钟、机器周期和6时钟、机器周期可任意选择，最新的d版本内部集成MAX810专用复位电路。1. 主要性能（1） 增强型6时钟、机器周期，12时钟、机器周期8052 CPU。（2） 工作电压：5.5V3.4V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单片机）。（3） 工作频率范围：040MHZ,相当于普通8052的080MHZ。实际工作频率可达48MHZ。（4） 用户应用程序空间4K/8K/16K/20K/32K/64K字节。（5）
22、片上集成1280字节、512字节RAM。（6） 通用I/O（32/36个），复位后为:P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需要上拉电阻。（7） ISP（在系统可编程）/IAP(在应用可编程),无需专用贴编程器、仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载程序，8K程序3秒即可完成一片。（8） EEPROM功能。（9） 看门狗。（10） 内部集成MAX810专用复位电路，外部晶体20M以下时，可省外部复位电路。（11） 共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用。（12） 外部中断4路，下降沿中
23、断或低电平出发中断，POWERDOWN模式可由外部中断低电平出发中断方式唤醒。（13） 通用异步串口(UART),还可用定时器软件实现多个UART。（14） 工作温度范围：075/-4085。 另外，STC89C52是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0HZ，并提供两种可用软件来选择的省电方式空闲方式（IDLE MODE）和掉电方式（POWER DOWN MODE）。在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，故只保存片内RAM中的内容，直到下一次硬件复位为止。2. 管脚功能 S
24、TC89C52引脚分布图如下：图3.1 STC89C52的管脚图VCC：供电电压。VSS：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流，当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0口能够作为外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第8位，在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0口输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流，P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FL
25、ASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收、输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入，并因此作为输入时，P2口的管脚别外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用语外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输
26、出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL），这是由于上拉的缘故。在AT89C52中，P3口还用于一些复用功能，如表3-1所示在对FLASH编程或程序校验时，P3口还接收一些控制信号。表3.1 STC89C52的P3口复用功能表端口引脚复用功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（定时器0的外部输入）P3.5T1（定时器1的外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
27、RST：复位输入。当震荡器运行时，在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率周期性的出现正脉冲信号。因此它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是：每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如果想禁止ALE的输出可在SFR区中的8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，
28、每个指令周期两次/PSEN有效。但在访问数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不在出现。/EA/Vpp：当/EA保持低电平时则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定位RESET；、当/EA端保持高电平时， CPU将执行内部程序存储器中的程序。3.2.3 单片机晶振及复位电路设计单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种操作的时间基准，复位操作则使单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定的初态开始运行。1）.单片机晶振电路8051单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。在引脚XTAL1和XTAL
29、2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。图3.2中，电容器C0l，C02起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在5-30pF。晶振频率的典型值为12MHz，采用6MHz的情况也比较多。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定，实用电路中使用较多。外部振荡方式是把外部已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适宜用来使单片机的时钟与外部信号保持同步。基本时序单位：单片机以晶体振荡器的振荡周期(或外部引入的时钟周期)为最小的时序单位，片内的各种操作都以此周期为时序基准。振荡频率二分频后形成状
30、态周期或称s周期，所以，1个状态周期包含有2个振荡周期。振荡频率foscl2分频后形成机器周期MC。所以，1个机器周期包含有6个状态周期或12个振荡周期。1个到4个机器周期确定一条指令的执行时间，这个时间就是指令周期。8031单片机指令系统中，各条指令的执行时间都在1个到4个机器周期之间。4种时序单位中，振荡周期和机器周期是单片机内计算其它时间值(例如，波特率、定时器的定时时间等)的基本时序单位。下面是单片机外接晶振频率12MHz时的各种时序单位的大小：振荡周期=1/12MHz=0.0833s2）.单片机复位电路当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高
31、电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。图3.2中电容C3和电阻R1对电源+5V来说构成微分电路。上电后，保持RST一段高电平时间，由于单片机内的等效电阻的作用，不用图中电阻R1，也能达到上电复位的操作功能。单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器PC0000H，这表明程序从0000H地址单元开始执行。单片机冷启动后，片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容，21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值，见
32、表3.2。特殊功能寄存器初始状态特殊功能寄存器初始状态A00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTHO00HSP07HTLO00HDPL00HTH100HDPH00HTL100HPOP3FFHSBUF不定IP*00000BSCON00HIE0*00000BPCON0*B表3.2 殊功能寄存器初始状态值说明：表中符号*为随机状态；值得指出的是，记住一些特殊功能寄存器复位后的主要状态，对于了解单片机的初态，减少应用程序中的初始化部分是十分必要的。A00H，表明累加器已被清零；PSW00H，表明选寄存器0组为工作寄存器组；SP07H，表明堆栈指针指向片内RAM07H字节单元，根据堆栈操
33、作的先加后压法则，第一个被压入的内容写入到08H单元中；Po-P3FFH，表明已向各端口线写入1，此时，各端口既可用于输入又可用于输出；IP*00000B，表明各个中断源处于低优先级；IE0*00000B，表明各个中断均被关断。系统复位是任何微机系统执行的第一步，使整个控制芯片回到默认的硬件状态下。52单片机的复位是由RESET引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过24个振荡周期后，52单片机即进入芯片内部复位状态，而且一直在此状态下等待，直到RESET引脚转低电平后，才检查EA引脚是高电平或低电平，若为高电平则执行芯片内部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序。晶振及复位电路如图3.2所示。图
34、3.2 单片机晶振及复位电路3.2.4 单片机电源系统电源是一个重要部件，又是与外部电网直接联系的部分，为了防止从电源系统引入干扰信号，在电源输入端设置低通滤波器，滤去高次谐波成份。另外还采用了STC89C52中的看门狗定时器，以进一步提高系统硬件抗干扰的能力。单片机是一种超大规模集成电路，在该集成电路内有成千上万个晶体管或场效应管，因此，要单片机正常运行，就必须为其提供能量，即为片内的晶体管或场效应管供给电源，使其能工作在相应的状态。3.3外围硬件电路设计3.3.1 DS18B20温度传感器由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
35、器。与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。其可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12的数字量，最大分辨率为0.0625,而且从DS18B20读出或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写。一.DS18B20的性能特点：（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供；（2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；（3）DS18B20具有多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多
36、点测温；（4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，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；（5）温范围55125，在-10+85时精度为0.5；（6） 可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温；（7）在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快；（8）测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；（9）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作；（10
37、）应用范围包括恒温控制、工业系统、消费类产品、温度计或任何热敏系统。二.DS18B20的内部结构：DS18B20内部结构主要由4部分组成：64位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。DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图3.3所示。DS18B20的外形级封装如图3.4，引脚说明：l NC 空引脚，不连接外部信号。l VDD 电源引脚，电压范围3.0-5.5V。l GND 接地引脚。l DQ 数据引脚，传递数据的输入和输出。该引脚常态下为开漏输出，输出高电平。图3.3 DS18B20内部结构框图 图3.4 DS18B20引脚图三.D
38、S18B20有4个主要的数据部件： （1）64位EOM。64位ROM是厂家用激光刻录一个64位二进制ROM代码，是该芯片的标志号。如下表所示。表3.38bit检验CRC48bit序列号8bit工厂代码（10H）MSB LSB MSB LSB MSB LSB 8位分类编号表示产品分类编号，DS18B20的分类号为10H；48号序列是一个大于281000000000000的十进制编码，作为该芯片的唯一标志代码；8位循环冗余检验为前56位的CRC循环冗余效验码。由于每个芯片的64位ROM代码不同，因此在单总线上能够并挂多个DS18B20进行多点温度测量实时监测。（2）DS18B20中的温度传感器可完
39、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0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0232221202-12-22-32-4 LS Byte bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8SSSSS262524 MS Byte表3.4 DS18B20温度值格式表这是12位转化后得到的12位数据，存储在DS18B20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0.0625即
40、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即可得到实际温度。 例如+125的数字输出为07D0H，+25.0625的数字输出为0191H，-25.0625的数字输出为FF6FH，-55的数字输出为FC90H。(3）DS18B20温度传感器的存储器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EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。 （4）配置寄存器 TMR1R011111表3.5 配置寄存器结构该各位字节的意义如下：五位一直都是“1”，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是
41、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用来设置温度分辨率，DS18B20温度传感器的温度分辨率越高，温度最大转换时间也随之增大。R1R0分辨率温度最大转换时间009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms表3.6 温度分辨率设置表表3.6说明了R1和R0所对应的温度分辨率的选择和所需要的温度最大转换时间。高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表3.7所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后。对应的温度
42、计算：当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。第九个字节是冗余检验字节。寄存器内容字节地址温度值低位（LS Byte）0温度值高位（MS Byte）1高位限值（TH）2低位限值（TL）3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC校验值8表3.7 DS18B20暂存寄存器分布根据DS18B20的通讯协议，主机（单片机）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进行复位操作，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，
43、当DS18B20收到信号后等待1660微秒左右，后发出60240微秒的低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。DS18B20通过ROM和RAM指令控制各个流程的进行，表3.8列出了各个ROM的指令、预定代码及其功能。指 令约定代码功能读ROM33H读DS1820温度传感器ROM中的编码（即64位地址）符合 ROM55H发出此命令之后，接着发出 64 位 ROM 编码，访问单总线上与该编码相对应的 DS1820 使之做出响应，为下一步对该 DS1820 的读写做准备。搜索 ROM0FOH用于确定挂接在同一总线上 DS1820 的个数和识别 64 位 ROM 地址。为操作各器件作好准备。跳过 RO
44、M0CCH忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820 发温度变换命令。适用于单片工作。告警搜索命令0ECH执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应。表3.8 ROM指令表表3.9列出了DS18B20的各条RAM指令、约定代码及其功能。其中包括温度转换、读暂存器、写暂存器、读供电方式和重调EEPROM。指 令约定代码功 能温度变换44H启动DS1820进行温度转换，12位转换时最长为750ms（9位为93.75ms）。结果存入内部9字节RAM中。读暂存器0BEH读RAM中9字节的内容写暂存器4EH发出向内部RAM的3、4字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的
45、数据。复制暂存器48H将RAM中第3 、4字节的内容复制到EEPROM中。重调 EEPROM0B8H将EEPROM中内容恢复到RAM中的第3 、4字节。读供电方式0B4H读DS1820的供电模式。寄生供电时DS1820发送“ 0 ”，外接电源供电 DS1820发送“ 1 ”。表3.9 RANM指令表四DS18B20的测温原理DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。 DS18B20测温原理如图3.5所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3.5中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。斜率累加器比较预置预置低温度系数晶振计数器 1 LSB
