智能温度传感器应用.ppt

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1、温度传感器,集成单片温度传感器DS18B20,性能特点独特的单线接口通过并联可实现多点组网功能;无需外部器件 供电电压范围为3.05.5V;零待机功耗 温度以9或12位数字量读出 用户可定义的非易失性温度报警设置 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度的器件 负电压特性,电源极性接反时,温度计不会烧毁,I/O,VDD,64位ROM的位结构如下图所示。,DS18B20的内部结构,前两个字节包含测得的温度信息。第3和第4字节是TH和TL的拷贝,是易失的,每次上电复位时被刷新。第5字节为配置寄存器,其内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数

2、值。第6、7、8字节保留未用,为全逻辑1。第9字节读出前面8个字节的CRC码,用来检验数据,从而保证通信数据的正确性。,高速暂存RAM的9字节信息,TM是测试模式位,用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。出厂时该位被设置为0,用户不用改动,R1和R0决定温度转换的精度位数,即用来设置分辨率,定义方法如下:,配置寄存器的字节定义及分辨率的设置规定,当DS18B20接收到温度转换命令后,开始启动转换。转换完成后的温度值以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据,读数据时低位在前,高位在后,数据格式以0.0625/LSB形式表示。温

3、度值格式如下:,LS字节,MS字节,当符号位S=0时,表示测得的温度值为正值,可以直接将二进制数转换为十进制数,当符号位S=1时,表示测得的温度值为负值,要先将补码变成原码,再计算其对应的十进制数。,转换温度后的数据值格式,DS18B20温度与测得二进制数值对应表,DS18B20测温原理,上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。高温度系数晶振的振荡频率随温度变化明显改变,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为55摄氏度时对应的一个基数值。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的计数值减到0时,温度寄

4、存器的值将加1,计数器1的预置值将重新被装入,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,如此循环直至计数器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。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。,DS18B20测温原理,DS18B20的主要ROM命令,(1)Read ROM33H,(2)Match ROM55H,(3)Skip ROM 0CCH,(4)Seach ROM0F0H,(5)Alarm Search0ECH,(6)Write Scratchpad 4EH,(7)Read Scratchpad0BEH,(8)C

5、opy Scratchpad48H,(9)Convert T 44H,(10)Recall E20B8H,(11)Read Power Supply0B4H,温度数据的计算处理方法,转换完毕的温度数据存放在LS字节和MS字节,MS字节的低半字节和LS字节的高半字节合成一个字节,化成十进制后为温度的整数部分。LS字节的低半字节化成十进制后,就是温度的小数部分。采用1位数码管来显示小数,即精确到0.1度,小数部分二进制和十进制的近似对应关系如下:,DS18B20应用实例数字温度计的设计,1、功能要求:数字温度计要求测温范围在,误差在 以内,用LED数码管直读显示。2、方案论证:传统的测温元件有热电

6、耦和热电阻,测出的一般是电压,再转换成对应的温度,需要较多的硬件支持,硬件电路和软件设计相对复杂,成本也不低。本设计采用美国DALLAS半导体公司推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件,测温范围为,分辨率最大可达。DS18B20可以直接读出被测温度值,采用3线制与单片机相连,减少了外部硬件电路,具有低成本和易使用的特点。,总体电路结构框图,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。,DS18B20应用实例数字温度计的设计,3、系统硬件电路的设计方案之一,方案二:某实验开发板的部分硬件电路,3、系统硬件电路的设计数字温度计实调,系统程序主要包

7、括C程序主函数、DS18B20复位函数、DS18B20写字节函数、DS18B20读字节函数、温度计算转换函数和显示函数等。,1、主函数其主要功能是初始化并负责温度的读出、处理计算及显示。温度测量每2s进行一次。,4、系统程序的设计,数组及全局变量的初始化定义以及延时子函数。,主函数和扫描显示子函数,总线t0时刻发送一复位脉冲(最短为480us的低电平信号),接着在t1时刻释放总线并进入接收状态,DS18B20在总线的上升沿之后等待15-60us,然后在t2时刻发出存在脉冲(低电平持续60-240us),单片机接收到低电平脉冲说明复位成功,否则需重新进行复位操作。,DS18B20复位时序,DS1

8、8B20复位函数,注:复位函数必须严格按照时序图编写,尤其应注意延时时间的准确性。,当主机总线t0时刻从高拉至低电平时就产生写时间间隙。从t0时刻开始15us之内主机应将所需写的位送到总线上,DS18B20在t0后15-60us内对总线电平采样。连续写2位的间隙应大于1us。,DS18B20写0和写1时序,DS18B20写0时序,DS18B20写1时序,DS18B20写字节函数,主机总线t0时刻从高拉至低电平时,总线只需保持低电平1-4us,之后在t1时刻将总线拉高产生读时间隙,读时间隙在t1时刻后t2时刻前有效,t2距t0 15us,也就是说t2时刻前主机必须完成读位并在t0后的60-120us内释放总线。连续读2位的间隙应大于1us。,DS18B20读字节时序,DS18B20读字节时序,温度数据处理程序将12位温度值进行BCD码转换运算,并进行温度值正负的判定。,温度计算转换程序流程图,温度计算转换程序之读温度函数,温度计算转换程序之温度数据处理函数,5、数字温度计Proteus仿真,注意仿真电路去掉上拉电阻!,仿真库里的数字温度传感器只能测量到整数!,

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