实验十DS18B20温度传感器喻海中一、实验目的1、掌握用单片机控制以“一线总线”数字方式传输数据的器件的编程方法；2、理解温度传感器DS18B20温度编码方法；3、了解温度传感器DS18B20的工作原理。
二、实验仪器1、微型计算机2、AT89S52单片机系统3、HNIST-I单片机系统实验箱4、USB接口数据线及跳线三、实验原理本实验采用AT89S52单片机P3^5口控制温度传感器DS18B20的温度测量，以四位数码感形式输出测量温度，原理图如下图一：图一1、DS18B20特性介绍DS18B20是DALLAS公司的最新单线数字温度传感器, 它的体积更小、适用电压更宽、更经济。
DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。
一线总线独特而且经济的特点, 使用户可轻松地组建传感器网络, 为测量系统的构建引入全新概念。
他的测量温度范围为-55～+125℃, 在-10～+85℃范围内, 精度为±0、5℃。
现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输大大提高了系统的抗干扰性。
适合于恶劣环境的现场温度测量, 如: 环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。
与前一代产品不同, 新的产品支持3～5、5V 的电压范围, 使系统设计更灵活、方便。
而且新一代产品更便宜, 体积更小。
DS18B20可以程序设定9～12位的分辨率, 精度为±0、5℃。
可以选择更小的封装方式,更宽的电压适用范围分辨率设定及用户设定的报警温度存储在E2PROM 中, 掉电后依然保存。
DS18B20 的性能是新一代产品中最好的, 性能价格比也非常出色, 继“一线总线”的早期产品后,DS18B20开辟了温度传感器技术的新概念。
DS18B20和DS18B22使电压、特性及封装有更多的选择,让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。
1、1 DS18B20的内部结构DS18B20内部结构主要由4 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,配置寄存器。
DS18B20的管脚排列如图二所示：图二DS18B20 中的温度传感器可完成对温度的测量, 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。
表1 12 位转化后得到的12 位数据表1 是12 位转化后得到的12 位数据, 存储在18B20的2 个8 bit 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℃, 则这5 位为0,只要将测到的数值乘于01062 5 即可得到实际温度; 如果温度小于0℃,则这5 位为1,测到的数值需要取反加1 再乘于01062 5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。
表2 温度与数字输出的对应关系1、2DS18B20 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E2 RAM , 后者存放高温度和低温度触发器TH , TL 和结构寄存器。
暂存存储器包含了8 个连续字节, 前2 个字节是测得的温度信息, 第1 个字节的内容是温度的低8 位, 第2 个字节是温度的高8 位。
第3 个和第4 个字节是TH , TL 的易失性拷贝, 第5 个字节是结构寄存器的易失性拷贝, 这3 个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。
第6 , 7 , 8个字节用于内部计算。
第9 个字节是冗余检验字节。
根据DS18B20 的通讯协议, 主机控制DS18B20 完成温度转换必须经过3 个步骤: 每一次读写之前都要对DS18B20 进行复位; 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 μs , 然后释放,DS18B20 收到信号后等待16 ～60 μs 左右, 后发出60 ～240μs低脉冲, 主CPU 收到此信号表示复位成功。
1、3 DS18B20 使用中的注意事项DS18B20 虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点, 但在实际应用中也应注意以下几方面的问题:(1) DS18B20 从测温结束到将温度值转换成数字量需要一定的转换时间, 这是必须保证的, 不然会出现转换错误的现象, 使温度输出总是显示85 。
(2) 在实际使用中发现, 应使电源电压保持在5 V 左右。
若电源电压过低,会使所测得的温度与实际温度出现偏高现象, 经过试验发现, 一般在5 V 左右。
(3) 较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿,由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送, 因此,在对DS18B20 进行读写编程时, 必须严格保证读写时序,否则将无法读取测温结果。
(4)在DS18B20 测温程序设计中, 向DS18B20 发出温度转换命令后, 程序总要等待DS18B20 的返回信号,一旦某个DS18B20 接触不好或断线, 当程序读该DS18B20 时, 将没有返回信号, 程序进入死循环。
这一点在进行DS18B20 硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。
2、对DS18B20的一般控制流程整个对DS18B20的操作都是以“复位”、“等待应答”、“读一字节”、“写一字节”这几个操作为基础的, 所以他们是使DS18B20 能否正常测温的关键。
对不同的操作只要发出相应的命令控制字即可, 详情请参看有关技术文档。
典型的测温流程如图三所示：图三四、实验步骤1、连线：温度传感器输入输出口OUT接P3^5口；2、打开电源，观察数码管显示的温度；3、改变温度传感器DS18B20附近温度，观察数码管上温度的变化。
五、流程图与程序设计1、流程图1.1.主函数部分：1.2 .温度测量部分：NY开 始温度测量数据计算处理数据位分配数码管显示数码管刷新初始化DS18B20 TxReset()应答脉冲RxWait() 复位,初始化DS18B20 TxReset() 跳过ROM 匹配WrByte(0xcc)启动温度转换convert() 读取温度RdByte()返回值返回跳过ROM 匹配WrByte(0x44)1.3数据计算处理部分 1.3.1整数部分NYYN1.3.2小数部分Y N2、源程序/********************************************************************************* ****************程序名：main.c ********************* ****************功 能：温度传感器测量温度 ********************** **************** ********************** ****************单 位：湖南理工物电系创新基地 ********************** **************** All rights reserved ********************** **************** ********************** ****************开始时间：2009.08.07 ********************** ****************结束时间：2009.08.10 ********************** ********** ******版本信息： **************************************备 注：DS18B20的输入输出口接单片机的P3^5口********************* *********************************************************************************/ #include<reg52.h>取出8位整数部分数据ii >=0 ？返回值返回i=i-1小数部分全为0取出4位小数部分存入数组整数i >=0 ？原码计算小数位的值补码计算小数位的值返回值返回#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define negative -100uchar tplsb;//温度值低位字节uchar tpmsb;//温度值高位字节/***************************数字0-9及字母A，b，C，d,E,F，负号*******************/ uchar code table1[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6,0xee,0x3e,0x9c,0x7a,0x9e,0x8e,0x02};/***********************************带小数点的数字0-9****************************/ uchar code table2[]={0xfd,0x61,0xdb,0xf3,0x67,0xb7,0xbf,0xe1,0xff,0xf7};/**************************************端口定义*********************************/ sbit DQ=P3^5;sbit P14=P1^4;/*************************************延时t秒************************************/ void delay(uint t){uint i;while(t--)for(i=0;i<125;i++);}/******************************产生复位脉冲，初始化DS18B20*********************/ void TxReset(void){uint i;DQ=0;/*拉低约900us*/i=100;while(i>0) i--;DQ=1; //产生上升沿i=4;while(i>0) i--;}/************************************等待应答脉冲*******************************/ void RxWait(void){uint i;while(DQ);while(~DQ);i=4;while(i>0) i--;}/***************************读取数据的一位，满足读时限要求*********************/bit RdBit(void){uint i;bit b;DQ=0;i++; //保持低至少1usDQ=1;i++; //延时15us以上，读时隙上升沿后15us，DS18B20输出数据才有效i++;b=DQ;i=8;while(i>0) i--;//读时延时不低于60usreturn(b);}/********************************读取数据的一个字节*******************************/ uchar RdByte(void){uchar i,j,b;b=0;for(i=1;i<=8;i++){j=RdBit();b=(j<<7)|(b>>1);}return(b);}/**********************写数据的一个字节，满足写1和写0的时隙要求****************/ void WrByte(uchar b){uint i;uchar j;bit btmp;for(j=1;j<=8;j++){btmp=b&0x01;b=b>>1; //取下一位（由低位到高位）if(btmp){/*写1*/DQ=0;i++;i++; //延时15usDQ=1;i=8;while(i>0) i--;//整个写1时隙不低于60us}else{/*写0*/DQ=0;i=8;while(i>0) i--;//保持低电平在60us到120us之间DQ=1;i++;i++;}}}/**********************************启动温度转换**********************************/ void convert(void){TxReset();//产生复位脉冲，初始化DS18B20RxWait();//等待DS18B20给出应答脉冲delay(1);//延时WrByte(0xcc);//skip rom命令WrByte(0x44);//convert T命令}/*************************************读取温度值**********************************/ void RdTemp(void){TxReset();//产生复位脉冲，初始化DS18B20RxWait();//等待DS18B20给出应答脉冲delay(1);//延时WrByte(0xcc);//skip rom命令WrByte(0xbe);//read scratchpad 命令tplsb=RdByte();//温度值低位字节（其中低4位位二进制的"小数"部分）tpmsb=RdByte();//温度值高位字节（其中高5位为符号位）}/************************************温度测量主函数******************************/ char Temperature(void){char T=0;delay(1);//延时1msconvert();//启动温度转换，需要750msdelay(1000);//延时1sRdTemp();//读取温度tplsb=tplsb>>4;tpmsb=tpmsb<<4;T=tpmsb|tplsb;return (T); //返回取出的温度值整数部分，有符号}/*********************************取出四位小数位********************************/ uchar *XiaoShuWei(void){ uchar i,AfterDot[4];bit Compare=1; //用于取位for(i=0;i<4;i++){AfterDot[i]=tplsb&Compare;tplsb=tplsb>>1; //每取一位右移，准备下一次}return(AfterDot);//四位小数位以数组返回}/*********************************小数位值的计算*********************************/ unsigned short JiSuanXiaoShu(char T1,uchar *After_Dot){unsigned short XSW;if(T1>=0)//为正数时小数原码表示XSW=After_Dot[3]*500+After_Dot[2]*250+After_Dot[1]*125+After_Dot[0]*62;else//为负数时小数补码表示{if(After_Dot[0]==1)//最后一位是1，转换位原码时不用借位XSW=(!After_Dot[3])*500+(!After_Dot[2])*250+(!After_Dot[1])*125+After_Dot[0]*62;if(After_Dot[0]==0&&After_Dot[1]==1)XSW=(!After_Dot[3])*500+(!After_Dot[2])*250+After_Dot[1]*125;if(After_Dot[0]==0&&After_Dot[1]==0&&After_Dot[2]==1)XSW=(!After_Dot[3])*500+After_Dot[2]*250;if(After_Dot[0]==0&&After_Dot[1]==0&&After_Dot[2]==0&&After_Dot[3]==1)XSW=After_Dot[3]*500;if(After_Dot[0]==0&&After_Dot[1]==0&&After_Dot[2]==0&&After_Dot[3]==0)XSW=0;}return(XSW);//小数部分返回小数点左移三位后的值}/*******数位分配函数***********/uchar *shuweifenpei(char CC, unsigned short DD,uchar After_dot[4]){uchar tab[4];uchar ge,shi,bai,sign,k;/*温度范围是-55~125*/if(CC>=0){sign=CC/100; //分配百位bai=(CC%100)/10; //分配十位shi=CC%10; //分配个位ge=DD/100; //分配小数位}if(CC<0){sign=negative;bai=(0-CC)/10;k=After_dot[3]==0&&After_dot[2]==0&&After_dot[1]==0&&After_dot[0]==0;// k用于判断小数位是否全为0if(k==1)shi=(0-CC)%10;//如果小数位全0，个位是补码形式if(k!=1) shi=(-1-CC)%10;//如果小数位非全0,整数部分为反码，个位是反码ge=DD/100;}tab[0]=sign;tab[1]=bai;tab[2]=shi;tab[3]=ge;return(tab);//将数位以数组tab[]返回}/***************************结果显示数位译码(不带小数点) *************************/ uchar yima(uchar ge_shi_bai_sign){uchar GE_SHI_BAI_SIGN;switch(ge_shi_bai_sign){case 0:GE_SHI_BAI_SIGN=table1[0];break;case 1:GE_SHI_BAI_SIGN=table1[1];break;case 2:GE_SHI_BAI_SIGN=table1[2];break;case 3:GE_SHI_BAI_SIGN=table1[3];break;case 4:GE_SHI_BAI_SIGN=table1[4];break;case 5:GE_SHI_BAI_SIGN=table1[5];break;case 6:GE_SHI_BAI_SIGN=table1[6];break;case 7:GE_SHI_BAI_SIGN=table1[7];break;case 8:GE_SHI_BAI_SIGN=table1[8];break;case 9:GE_SHI_BAI_SIGN=table1[9];break;case negative:GE_SHI_BAI_SIGN=table1[16];break; //负号'-'//case Error:GE_SHI=table1[14];break; //报错'EE'}return(GE_SHI_BAI_SIGN);}/******************************译码带小数点的个位*********************************/ uchar yima2(uchar ge_shi_bai_sign){uchar GE_SHI_BAI_SIGN;switch(ge_shi_bai_sign){case 0:GE_SHI_BAI_SIGN=table2[0];break;case 1:GE_SHI_BAI_SIGN=table2[1];break;case 2:GE_SHI_BAI_SIGN=table2[2];break;case 3:GE_SHI_BAI_SIGN=table2[3];break;case 4:GE_SHI_BAI_SIGN=table2[4];break;case 5:GE_SHI_BAI_SIGN=table2[5];break;case 6:GE_SHI_BAI_SIGN=table2[6];break;case 7:GE_SHI_BAI_SIGN=table2[7];break;case 8:GE_SHI_BAI_SIGN=table2[8];break;case 9:GE_SHI_BAI_SIGN=table2[9];break;//case negative:GE_SHI_BAI_SIGN=table1[16];break; //负号'-'//case Error:GE_SHI=table1[14];break; //报错'EE'}return(GE_SHI_BAI_SIGN);}/********************************数码管显示初始化*********************************/ void Init_shumaguan(void){P1=0x00;}void Output(uchar figure1,uchar figure2,uchar figure3,uchar figure4) //figure1，figure2，figure3，figure4分别为符号位，百位，十位，个位{ //负数显示符号位,正数显示百位P14=1;P0=figure1;P14=0;P1=0x08;delay(1);//显示十位P14=1;P0=figure2;P14=0;P1=0x04;delay(1);//显示个位（带小数点）P14=1;P0=figure3;P14=0;P1=0x02;delay(1);P14=1; //显示小数位P0=figure4;P14=0;P1=0x01;delay(1);}/************************************main()主函数********************************/ void main(){ while(1){char WenDu;uchar i=100,j=2;uchar *SW,*XiaoShu2,SIGN,GE,SHI,BAI;unsigned short XiaoShu;WenDu=Temperature();//测量温度，并把整数部分赋值给WenDuXiaoShu2=XiaoShuWei();//将四位小数位取出存入数组XiaoShu2XiaoShu=JiSuanXiaoShu(WenDu,XiaoShu2);//计算小数的值SW=shuweifenpei(WenDu,XiaoShu,XiaoShu2);//将各位数字分配到数码管上SIGN=yima(SW[0]);//将数字译码为数码管的代码BAI=yima(SW[1]);SHI=yima2(SW[2]);GE=yima(SW[3]);while(i--){ while(j--){Output(SIGN,BAI,SHI,GE);}j=6;}Init_shumaguan();}}六、问题与讨论1、怎样用液晶来显示温度的测量数据；2、怎样利用温度传感器来设置报警装置或实现自动控制。
