1、鄭州輕工業(yè)學院課 程 設 計 任 務 書題目 DS18B20的測溫原理 專業(yè)、班級 學號 姓名 主要內容、基本要求、主要參考資料等：一、主要內容分析DS18B20的測溫工作原理。二、基本要求1：DS18B20工作原理，內部結構組成框圖，工作波形，命令流程。2：DS18B20組網(wǎng)測溫的硬件連接。3：DS18B20組網(wǎng)原理及軟件實現(xiàn)。4：完成課程設計說明書，說明書應含有課程設計任務書，設計原理說明，設計原理圖，要求字跡工整，敘述清楚，圖紙齊備。5：設計時間為一周。三、主要參考資料1、徐愛鈞，彭秀華 Keil C51 V7.0單片機高級語言編程與Visica2應用實踐M 北京電子工業(yè)出版社 2004

2、：136-1422、孫育才 MCS-51系列單片機微型計算機應用東南大學出版社，19953、馬忠梅，張凱歌 單片機的C語言應用程序設計M 北京航空航天大學出版社 2003完 成 期 限： 2009.6.14-2009.6.21 指導教師簽名： 課程負責人簽名： 2009年6月14日目錄第一章 DS18B20的內部結構及命令流程第一節(jié)、內部結構4第二節(jié)、命令流程4一、 初始化二、 ROM命令三、DS18B20功能命第二章 DS18B20組網(wǎng)測溫的硬件連接第三章 DS18B20組網(wǎng)原理及軟件的實現(xiàn)第一節(jié)、 組網(wǎng)原理 第二節(jié)、軟件實現(xiàn) 一、NEXT函數(shù) 二、FIRST函數(shù) 三、FIND DEVICE

3、S函數(shù) 四、Match Rom函數(shù)第四章 組網(wǎng)注意事項第五章 心得體會12參考文獻13引言傳統(tǒng)的溫度檢測大多以熱敏電阻為傳感器，采用熱敏電阻，可滿足 40 攝氏度 至 90 攝氏度 測量范圍，但熱敏電阻可靠性差，測量溫度準確率低，對于 1 攝氏度 的信號是不適用的，還得經(jīng)過專門的接口電路轉換成數(shù)字信號才能由微處理器進行處理。DS18B20 數(shù)字式溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同的是，使用集成芯片，采用單總線技術，其 能夠有效的減小外界的干擾，提高測量的精度，同時，它 可以直接將被測溫度轉化成串行數(shù)字信號供微機處理，接口簡單， 使數(shù)據(jù)傳輸和處理簡單化。 部分功能電路的集成，使總體硬件設計更簡

4、潔，能 有效地降低成本， 搭建電路和焊接電路時更快，調試也更方便簡單化，這也就 縮短了開發(fā)的周期 。第一章 DS18B20概述第一節(jié) 內部結構DS18B20Z 8腳SOIC封裝如圖 1所示，主要由64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL和配置寄存器4部分組成。DS18B20的管腳排列如圖1.1所示，DQ為數(shù)字信號輸人/輸出端;GND為電源地;VDD為外接供電電源輸人端。 ROM中的64位序列號是出廠前被刻好的，它可以看作是該DS 18 B20的地址序列碼，每個DS18B20的64位序列號均不相同。64位ROM排列的循環(huán)冗余校驗碼(CRC=Xg+XS+X,+1)。ROM的作用是

5、使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS 18 B20的目的。 圖1 DS18B20的內部結構圖1.1 DS18B20的管腳排列DS18 B20溫度傳感器的內部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2 PRAM;后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH,TL和結構寄存器。第二節(jié) 命令流程 由于DS18B20是一個典型的單總線傳感器，其命令序列如下：初始化ROM操作指令DS18B20功能命令。一、初始化 FPGA要與DS18B20通信，首先必須完成初始化。FPGA產生復位信號，DS18B20返回響應脈沖。 二、ROM命令    

6、; 該步驟完成FPGA與總線上的某一具體DS18B20建立聯(lián)系。ROM命令有搜尋ROM(SEARCH ROM)、讀ROM(READ ROM)、匹配ROM(MATCH ROM)、忽略ROM(SKIP ROM)、報警查找等命令(ALARM SEARCH)。 這里，F(xiàn)PGA只連接1個DS18B20，因此只使用讀ROM命令，來讀取DS18B20的48位ID號。 三、DS18B20功能命令在該步驟中完成溫度轉換(CONVERTT)、寫暫存寄存器(WRITE SCRATCHPAD)、讀暫存寄存器(READ SCRATCHPAD)、拷貝暫存寄存器(COPYSCRATCHPAD)、裝載暫存器寄存器(RECAL

7、L E2)、讀供電模式命令(READ Power SUPPLY)。 文中不用溫度報警功能，因此在本步驟中只需完成溫度轉換，然后通過讀暫存寄存器命令完成溫度轉化的結果。 每次訪問任何單總線器件，必須嚴格遵守這個命令序列;如果出現(xiàn)序列混亂，則單總線器件不會響應主機。但是這個準則對于搜索ROM命令和報警搜索命令例外，在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后，主機不能執(zhí)行其后的功能命令，必須返回至第一步。 在主機發(fā)出 ROM命令，以訪問某個指定的DS18 B20，接著就可以發(fā)出DS 18 B20支持的某個功能命令。這些命令允許主機寫人或讀出DS18 B20暫存器，啟動溫度轉換以及判斷從機的供電

8、方式。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序，如下圖所示：         第二章 DS18B20組網(wǎng)測溫的硬件連接圖3以MCS51系列單片機為例，畫出了DS18B20與微處理器的典型連接。圖3（a）中DS18B20采用寄生電源方式，其VDD和GND端均接地，圖3（b）中DS18B20采用外接電源方式，其VDD端用3V5.5V電源供電。    假設單片機系統(tǒng)所用的晶振頻率為12MHz，根據(jù)DS18B20的初始化時序、寫時序和讀時序，分別編寫了3個子程序：INIT為初始化子程

9、序，WRITE為寫（命令或數(shù)據(jù)）子程序，READ為讀數(shù)據(jù)子程序，所有的數(shù)據(jù)讀寫均由最低位開始。    DATEQUP1.0        INIT: CLR EA    INI10:SETB DAT     MOV R2,200 INI11:CLRDAT DJNZ R2,INI11；主機發(fā)復位脈沖持續(xù)3s×200=600s SETB DAT；主機釋放總線，口線改為輸入 MOV R2,30

10、 IN12: DJNZ R2,INI12；DS18B20等待2s×30=60s CLR C ORL C,DAT；DS18B20數(shù)據(jù)線變低（存在脈沖）嗎？ JCINI10；DS18B20未準備好，重新初始化 MOV R6,80         (a）寄生電源工作方式        （b）外接電源工作方式        圖3  DS

11、18B20與微處理器的典型連接INI13:ORL C,DAT JC INI14；DS18B20數(shù)據(jù)線變高，初始化成功 DJNZ R6,INI13；數(shù)據(jù)線低電平可持續(xù)3s×80=240s SJMP INI10；初始化失敗，重來INI14:MOV R2,240IN15:DJNZ R2,INI15；DS18B20應答最少2s×240=480s RET； WRITE:CLR EA MOV R3,8；循環(huán)8次，寫一個字節(jié)WR11:SETB DAT MOV R4,8RRCA；寫入位從A中移到CY CLR DATWR12:DJNZ R4,WR12；等待16s MOV DAT,C；命令字按

12、位依次送給DS18B20 MOV R4,20WR13:DJNZ R4,WR13；保證寫過程持續(xù)60s DJNZ R3,WR11；未送完一個字節(jié)繼續(xù) SETB DAT RET； READ:CLR EA MOV R6,8；循環(huán)8次，讀一個字節(jié)RD11:CLR DAT MOV R4,4 NOP；低電平持續(xù)2s SETB DAT；口線設為輸入RD12:DJNZ R4,RD12；等待8s MOV C,DAT；主機按位依次讀入DS18B20的數(shù)據(jù) RR C A ；讀取的數(shù)據(jù)移入A MOV R5,30RD13:DJNZ R5,RD13；保證讀過程持續(xù)60s DJNZ R6,RD11；讀完一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，存入

13、A中 SETB DAT RET； 主機控制DS18B20完成溫度轉換必須經(jīng)過三個步驟：初始化、ROM操作指令、存儲器操作指令。必須先啟動DS18B20開始轉換，再讀出溫度轉換值。假設一線僅掛接一個芯片，使用默認的12位轉換精度，外接供電電源，可寫出完成一次轉換并讀取溫度值子程序GETWD。    GETWD:LCALL INIT     MOV A,0CCH     LCALL WRITE；發(fā)跳過ROM命令     MOV A

14、,44H     LCALLWRITE；發(fā)啟動轉換命令     LCALL INIT     MOV A,0CCH；發(fā)跳過ROM命令     LCALL WRITE     MOV A,0BEH；發(fā)讀存儲器命令     LCALL WRITE     LCALL READ     

15、;MOV WDLSB,A    ；溫度值低位字節(jié)送WDLSB     LCALL READ     MOV WDMSB,A     ；溫度值高位字節(jié)送WDMSB     RET          子程序GETWD讀取的溫度值高位字節(jié)送WDMSB單元，低位字節(jié)送WDLSB單元，再按照溫度值字節(jié)的表示格

16、式及其符號位，經(jīng)過簡單的變換即可得到實際溫度值。        如果一線上掛接多個DS18B20、采用寄生電源連接方式、需要進行轉換精度配置、高低限報警等，則子程序GETWD的編寫就要復雜一些。我們已成功地將DS18B20應用于所開發(fā)的“家用采暖洗浴器”控制系統(tǒng)中，其轉換速度快，轉換精度高，與微處理器的接口簡單，給硬件設計工作帶來了極大的方便，能有效地降低成本，縮短開發(fā)周期。第三章 DS18B20組網(wǎng)原理及軟件實現(xiàn)第一節(jié) 組網(wǎng)原理 前面提及單總線器件的ROM命令，在主機檢測到應答脈沖后，就可以發(fā)出ROM命令。這些命

17、令與各個從機設備的唯一64位ROM代碼相關。允許主機在單總線上連接多個從機設備時，指定操作某個從機設備。這些命令還允許主機能夠檢測到總線上有多少個從機設備，以及其設備類型或者有沒有設備處于報警狀態(tài)。 從機設備可能支持5種ROM命令(實際情況與具體型號有關)，每種命令長度為8位。主機在發(fā)出功能命令之前，必須發(fā)送合適的ROM命令。 搜索ROM Foh當系統(tǒng)初始上電時，主機必須找出總線上所有從機設備的ROM代碼，這樣主機就能夠判斷出從機的數(shù)目和類型。主機通過重復執(zhí)行搜索ROM循環(huán)(搜索ROM命令跟隨著位數(shù)據(jù)交換)以找出總線上所有的從機設備。如果總線只有一個從機設備，則可以采用讀ROM命令來替代搜索R

18、OM命令。在每次執(zhí)行完搜索ROM循環(huán)后，主機必須返回至命令序列的第一步(初始化)。 讀ROM33h(僅適合于單節(jié)點) 該命令僅適用于總線上只有一個從機設備。它允許主機直接讀出從機的64位ROM代碼，而無須執(zhí)行搜索ROM過程。如果該命令用于多節(jié)點，系統(tǒng)則必然發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，因為每個從機設備都會響應該命令。 匹配ROM仁55h匹配ROM命令跟隨64位ROM代碼，從而允許主機訪問多節(jié)點系統(tǒng)中某個指定的從機設備。僅當從機完全匹配64位ROM代碼時，才會響應主機隨后發(fā)出的功能命令。其它設備將處于等待復位脈沖狀態(tài)。 跳越ROM CCh(僅適合于單節(jié)點) 主機能夠采用該命令同時訪問總線上的所有從機設備，而無須

19、發(fā)出任何ROM代碼信息。例如，主機通過在發(fā)出跳越 ROM命令后跟隨轉換溫度命令仁44h，就可以同時命令總線上所有的DS18B20開始轉換溫度，這樣大大節(jié)省了主機的時間。值得注意的是，如果跳越ROM命令跟隨的是讀暫存器BEh的命令(包括其它讀操作命令)，則該命令只能應用于單節(jié)點系統(tǒng)，否則將由于多個節(jié)點都響應該命令而引起數(shù)據(jù)沖突。 報警搜索ECh(僅少數(shù)1一Wire器件支持) 除那些設置了報警標志的從機響應外，該命令的工作方式完全等同于搜索ROM命令。該命令允許主機設備判斷那些從機設備發(fā)生了報警(如最近的測量溫度過高或過低等)。同搜索ROM命令一樣，在完成報警搜索循環(huán)后，主機必須返回至命令序列的第

20、一步。第二節(jié) 軟件實現(xiàn) 相對于總線上只有一個器件的情況，比總線上有多個器件的操作過程要相對復雜一些，用得比較多的有下面幾個函數(shù)。一、 NEXT函數(shù) " NEXT"操作是搜索 1一Wire總線上的下一個從機器件，一般情況下，此搜索操作是在FIRST操作之后或上一次 NEXT操作之后進行;保持上次搜索后這些值的狀態(tài)不變、執(zhí)行又一次搜索即可實現(xiàn)NEXT操作。之后從ROM_ NO寄存器中讀出一個新的ROM碼。若前一次搜索到的是1 - Wire上的最后一個器件，則返回一個無效標記FALSE，并且把狀態(tài)設置成下一次調用搜索算法時將是FIRST操作的狀態(tài)(圖4中狀態(tài))。二、 FIRST函

21、數(shù) " FIRST”操作是搜索1一Wire總線上的第一個從機器件。該操作是通過將LastDiscrepany, LastFam-liyDiscrepany和LastDeviceFlag置零，然后進行搜索完成的。最后ROM碼從ROM_ NO寄存器中讀出。若I -Wire總線上沒有器件，復位序列就檢測不到應答脈沖，搜索過程終止。 lastDiscrep =0; doneFlag=false; return Next);三、FIND DEVICES函數(shù) 首先復位單總線以確定是否存在任何器件，如果存在則將其喚醒。然后調用FIRST函數(shù)跟蹤沖突位，并返回到NEXT函數(shù)。NEXT函數(shù)完成鑒別單總

22、線上每個期間唯一TOM代碼的大部分工作。 If（!ow-reset) /如果單總線上存在器件則開始處理 if( First() /至少發(fā)現(xiàn)一個器件才開始 numROMs =0; do numROMs+; numDS18b20s=numROMs ; for(m二0;m<8;m+) FoundROMnumROMsm =ROMm;/對發(fā)現(xiàn)的器件鑒別ROM代碼while(Next)&&(numROMs<=MAXDSl8b20 );/一直持續(xù)到?jīng)]有發(fā)現(xiàn)其他器件 四、Match Rom函數(shù) 選中某一特定的DS181320進行操作。 if( ow- reset（）)return

23、false; write-byte (0x55); /發(fā)送匹配ROM命令for( i =0;i<8;i+)write-byte( FoundROMalarm numROMsalarmi); /發(fā)送ROM代碼return true;軟件及程序的其他過程跟單總線上只有一個器件的情況相同。第四章 組網(wǎng)注意事項 在DS18 B20的有關資料中均未提及單總線上所掛DS18 B20的數(shù)量，容易使人誤認為可以掛任意多個DS18B20，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛DS18 B20超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅動能力。一般情況下，在寄生電源的工作方式下，由于單個DS18 B20的工作電流為

24、1 mA，而總線上的電流為5 V/4. 7 k,fl =1. 06 mA，加上一個MOSFET可以幫助提供能量，但是由于DS18B20和MOSFET之間的充放電和功耗問題，導致單總線上的DS 18 B20個數(shù)不能超過8個。三線制的連接方式很好地解決了能量提供問題，理論上可以在數(shù)據(jù)總線上接任意多個器件。這點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要加以注意。 連接DS 18 B20的總線電纜(普通三芯線)在只有上拉電阻的情況下可靠傳輸長度可達45 m左右，距離最長時需根據(jù)分支點數(shù)、總線長度匹配其線間電容及阻抗;一般情況下，采用普通信號電纜傳輸長度超過50 m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶

25、屏蔽電纜時，正常通信距離可達150 m，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通信距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產生畸變造成的。電纜的分布電容C主要是由雙絞線的兩條平行導線產生，數(shù)字信號通過傳輸線時，分布電容會出現(xiàn)充放電過程，引起矩形脈沖的上升沿和下降沿變壞，造成波形畸變。電容越大或者脈沖信號的頻率越高，畸變越嚴重。因此，在用DS 18 B20進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。應注意以下幾點:合理估算畸變的允許程度和電容的允許值;不同傳輸線的電容相差很大，如同軸電纜抗干擾能力最強，但電容較大;傳輸線越短，電容越小;合理布線，可減少電容。實際運用中，測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一組接地線與信號線;另一組接V CC和地線，屏蔽層在源端單點接地。 由于DS18 B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS 18 B20進