一、前言
溫度是一種最基本的環(huán)境參數，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關，在工業(yè)生產過程中需要實時測量溫度，在農業(yè)生產中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。測量溫度的關鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經歷了三個發(fā)展階段：①傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器，②模擬集成溫度傳感器，③智能集成溫度傳感器。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數字式，從集成化向智能化、網絡化的方向飛速發(fā)展。文章將介紹智能集成溫度傳感器DS18B20的結構特征及控制方法，并對以此傳感器，89C2051單片機為控制器構成的溫度測量裝置的工作原理及程序設計作了詳細的介紹。該裝置適用于人民的日常生活和工、農業(yè)生產用于溫度測量。
二、DS18B20單線數字溫度傳感器
由DALLAS半導體公司生產的DS18B20型單線智能溫度傳感器,屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器,可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領域的溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)和大型設備中。它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠等特點。 1、 DS18B20性能特點
DS18B20的性能特點：①采用單總線專用技術，既可通過串行口線，也可通過其它I/O口線與微機接口，無須經過其它變換電路，直接輸出被測溫度值（9位二進制數，含符號位），②測溫范圍為-55℃-+125℃，測量分辨率為0.0625℃, ③內含64位經過激光修正的只讀存儲器ROM，④適配各種單片機或系統(tǒng)機，⑤用戶可分別設定各路溫度的上、下限，⑥內含寄生電源。
2、 DS18B20內部結構
DS18B20內部結構主要由四部分組成：64位光刻ROM,溫度傳感器,非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL,高速暫存器。DS18B20的管腳排列如圖1所示。
64位光刻ROM是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列號。不同的器件地址序列號不同。 圖1 DS18B20引腳分布圖 |
8位產品系列號 | 48位產品序號 | 8位CRC編碼 |
DS18B20高速暫存器共9個存存單元，如表所示：
序號 | 寄存器名稱 | 作 用 | 序號 | 寄存器名稱 | 作 用 |
0 | 溫度低字節(jié) | 以16位補碼形式存放 | 4、5 | 保留字節(jié)1、2 | |
1 | 溫度高字節(jié) | 6 | 計數器余值 | |
2 | TH/用戶字節(jié)1 | 存放溫度上限 | 7 | 計數器/℃ | |
3 | HL/用戶字節(jié)2 | 存放溫度下限 | 8 | CRC | |
以12位轉化為例說明溫度高低字節(jié)存放形式及計算：12位轉化后得到的12位數據，存儲在18B20的兩個高低兩個8位的RAM中，二進制中的前面5位是符號位。如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數值需要取反加1再乘于0.0625才能得到實際溫度。
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 |
1、DS18B20控制方法
在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方法，一種是Vcc接外部電源，GND接地，I/O與單片機的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時UDD、GND接地，I/O接單片機I/O。無論是內部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻。
DS18B20有六條控制命令，如表所示：
指 令 | 約定代碼 | 操 作 說 明 |
溫度轉換 | 44H | 啟動DS18B20進行溫度轉換 |
讀暫存器 | BEH | 讀暫存器9個字節(jié)內容 |
寫暫存器 | 4EH | 將數據寫入暫存器的TH、TL字節(jié) |
復制暫存器 | 48H | 把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E2RAM中 |
重新調E2RAM | B8H | 把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫到暫存器TH、TL字節(jié) |
讀電源供電方式 | B4H | 啟動DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號給主CPU |
CPU對DS18B20的訪問流程是：先對DS18B20初始化，再進行ROM操作命令，最后才能對存儲器操作，數據操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協議。如主機控制DS18B20完成溫度轉換這一過程，根據DS18B20的通訊協議，須經三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。
三、基于DS18B20的溫度測量裝置
1、系統(tǒng)組成
由DS18B20構成的智能溫度測量裝置由三部分組成：DS18B20溫度傳感器、89C2051、顯示模塊。產品的主要技術指標：①測量范圍：-55℃-+125℃，②測量精度：0.5℃，③反應時間≤500ms。
2、 工作原理 基于DS18B20的溫度測量裝置電圖如圖2所示：溫度傳感器DS18B20將被測環(huán)境溫度轉化成帶符號的數字信號（以十六位補碼形式，占兩個字節(jié)），傳感器可置于離裝置150米以內的任何地方，輸出腳I/O直接與單片機的P1.1相連，R1為上拉電阻，傳感器采用外部電源供電。89C2051是整個裝置的控制核心，89C2051內帶1K字節(jié)的FlashROM，用戶程序存放在這里。顯示器模塊由四位一體的共陽數碼管和4個9012組成。系統(tǒng)程序分傳感器控制程序和顯示器程序兩部分，傳感器控制程序是按照DS18B20的通信協議編制。系統(tǒng)的工作是在程序控制下，完成對傳感器的讀寫和對溫度的顯示。1、 程序設計根據DS18B20的通信協議,按圖2的硬件結構。下面是系統(tǒng)的主要程序。系統(tǒng)主程序********************ORG 0100HI/O BIT P3.4 START：LCALL RST18B20 ；調DS18B20初始化子程序 MOV A，#OCCH ；寫CCH到DS18B20，以便跳過ROM匹配 LCALL WIDS18B20 ；WIDS18B20是寫18B20子程序 JNB F1， START ；若DS18B20不存在則從新開始 MOV A，#44H ；發(fā)溫度轉換命令 LCALL WIDS18B20 LCALL DSPLAY ；調顯示子程序 LCALL RST18B20 MOV A，#0BEH ；發(fā)讀溫度命令 LCALL WIDS18B20 LCALL RDDS18B20 ；RDDS18B20是讀子程序 LCALL ZWDS18B20 ；ZWDS18B20是溫度計算子程序 LCALL DSPLAY LJMP START***********部分子程序************DS18B20初始化子程序***********RST18B20： SETB I/O
CLR I/O
MOV R0,#0FAH ；延時500微秒
LP1：DJNZ R0,LP1
SETB I/O ；釋放總線
MOV R0,#15H ；在63微秒內檢測是否出現應答信號
LP2：JNB I/O,LP3
DJNZ R0,LP2
CLR F1 ；清標志位,表示DS1820不存在
LJMP LP5 LP3：SETB F1 ；標專置1，表示DS18B20存在 MOV R0,#0FAH ；延時500微秒
LP4：DJNZ R0,LP4
LP5：SETB I/O
RET18B20讀子程序**********RDDS18B20：MOV R2,#8LOOP：CLR C
SETB I/Q
NOP
CLR I/Q
NOP
SETB I/Q
MOV R3,#7
DJNZ R3,$
MOV C,I/Q
MOV R3,#23
DJNZ R3,$
RRC A
DJNZ R2,LOOP RET18B20寫子程序************WIDS18B20： MOV R2,#8
CLR C
WI：CLR DQ
MOV R3,#6
DJNZ R3,$
RRC A
MOV DQ,C
MOV R3,#23
DJNZ R3,$
SETB DQ
NOP
DJNZ R2,WR1
SETB DQ
RET18B20顯示子程序************DSPLAY：----------18B20溫度計算子程序************ ZWDS18B20：---------- END結束語數字單總線溫度傳感器是目前最新的測溫器件，它集溫度測量，A/D轉換于一體，具有單總線結構，數字量輸出，直接與微機接口等優(yōu)點。既可用它組成單路溫度測量裝置，也可用它組成多路溫度測量裝置，文章介紹的單路溫度測量裝置已研制成產品,產品經測試在-10℃-70℃間測得誤差為0.25℃,80℃≤T≤105℃時誤差為0.5℃,當T>105℃誤差為增大到1℃左右。用單總線溫度傳感器和單片機構成的測溫裝置具有推廣價值。
66821730(技術支持)
