DS18B20温度传感器设计报告.docx

能阿坝师瞬等料注二鬆/ Aba Teachers College传感器课程设计数字温度计专 业： 计算机控制技术年 级： 2011级学 号： 阿坝师专电子信息工程系1. 引 言1.1. 设计意义在日常生活及工农业生产中，经常要用到温度的检测及控制，传统的测温元 件有热电偶和热电阻而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的 温度，需要比较多的外部硬件支持其缺点如下：• 硬件电路复杂；• 软件调试复杂；• 制作成本高本数字温度计设计采用美国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，测温范围为-55〜125°C,最高分辨 率可达0.0625CDS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用三线制与单片机相连，减少了 外部的硬件电路，具有低成本和易使用的热点2 设计要求2.1 基本要求1） 用LCD12232实现实时温度显示温度和自己的学号2） 采用LED数码管直接读显示2.2 扩展功能温度报警，能任意设定温度范围实现铃声报警；3 资料准备3.1 单片机 89C52 模块单片机89C52是本设计中的控制核心，是一个40管脚的集成芯片构成。

引 脚部分：单片机引脚基本电路部分与普通设计无异，40脚接Vcc+5V, 20脚接地 XI，X2两脚接12MHZ的晶振，可得单片机机器周期为1微秒RST脚外延一个 RST复位键，一端通过10K电阻接Vcc，一端通过10K电阻接地AT89S52是一 种低功耗、高性能的8位CMOS微控制器，具有8K的可编程Flash存储器使 用高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容片 上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器在单芯片上，拥有 灵巧的8位CPU和系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用 系统提供高灵活、超有效的解决方案°AT89S52具有以下标准功能：K字节Flash， 256字节RAM, 32位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时 器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路P 0 口接一个470的上拉电阻P0 口 0~8脚接4位共阳数码管的段选，P2 口 0~4 脚接4位共阳数码管的位选，P3.7接DS18B20采集信号3.2 DS18B20 简介DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20简介新的“一线器件”体积更小、适用电压 更宽、更经济Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820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DS18B20、DS1822 “一线总线”数字化温度传感器同 DS1820 一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55° C~+125° C,在 -10~+85° C范围内，精度为土0.5° Co DS1822的精度较差为土 2° C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3V~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、DS1822的特性DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率，精度为土0.5° C可 选更小的封装方式，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 EEPROM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！ DS1822与DS18B20软件兼容，是DS18B20的简化版本省略了存储用户定义报警 温度、分辨率参数的EEPROM,精度降低为±2° C,适用于对性能要求不高，成本控制严格 的应用，是经济型产品。

继“一线总线”的早期产品后，DS1820开辟了温度传感器技术的 新概念DS18B20和DS1822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3.3温度传感器的工作原理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750mso DS18B20 测温原理：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一55°C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3.4 DS18B20中的温度传感器对温度的测量高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表5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23T-212°2-12卫232斗USEMSb(U11 it =°C)LSbSsSSs2&2524MSB温度数据值格式下表为12位转化后得到的12位数据，存储在18B20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 C的数字输出为07D0H，实际温度=07D0H *0.0625=2000*0.0625=125 C例如-55C的数字输出为FC90H，则应先将11位数据位取反加1得370H（符 号位不变，也不作运算），实际温度=370H *0.0625=880*0.0625=55 C可见其中低四位为小数位TEMPEIL^TCREDIGITAL OUTPVT (Binary)DIGITAL O 匸 TPUI412化0000 0111 1101 000007D011比疋0M0 0101 0101 0000心吐伞+25.0625° C0000 0001 1001 0001OWlhT0.12 彗 C0000 0000 1010 00110DDA2h1 -n.vr-.inni) nnnoimponnsho°c0000 0000 0000 00000000a£ 5°Cmi mi mi loooFFFSli-1O.L25?Cmi mi oioi marrstk-25 323弋mi iiioono miFFdFh1111 i 丨的 iddi cjoddFC90h:Ths power oqr^gjsttr is +55^0,DS18B20温度与表示值对应表3.5 DS18B20的内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温C2I <25 QTO-c>2DQ为数字信号输入/输出端;度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

DS18B20的管脚排列如下：GND为电源地;VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）1) 64 位的 ROM光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接 着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就 可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的2) 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E2RAM,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，前两个字节是测得的温度信息，第一个 字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位第三个和第四个字节 是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节 的内容在每一次上电复位时被刷新第六、七、八个字节用于内部计算第九个 字节是冗余检验字节表1 DS1S20暂筋-眷存鑫分布字节地任船度最低舷字僅0温摆最髙数〒位!髙汩噸值2低温限值3保闕斗保勢5计数剩余值ft毎医计数值783.6 DS18B20 的时序由于DS18B20采用的是单总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传 输，而对89C51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用 软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。

由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格 的时序要求DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整 性该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序所有时序都 是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备而每一次命令和数据的传输都是 从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后， 主机需启动读时序完成数据接收数据和命令的传输都是低位在先1) DS18B20的复位时序＜二:札技岀复掘眇冲一► ―主机按收所.需掃:短时闾4血珂・TODGND^最小(fi，450u? 益大面960ue诵“ r<~D51?3?0^ 出『—► SOus] 应怨脉冲p2) DS18B20的读时序对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总 线，以让DS18B20把数据传输到单总线上DS18B20在完成一个读时序过程，至 少需要60us才能完成彳 1 触*I*■[昭L —3Cus ―*3) DS18B20的写时序对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。

对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉 低至少60us,保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上 的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总 线4系统框架设计如下图所示:按照系统设计功能的要求数字温度计总体电路结构框图如下图所示护腿描门、时时间和眠腔启島宦点 殍龍.北甘计算載議讦股据龙畏5硬件设计温度计采用AT89C51单片机作为微处理器，温度计系统的外围接口电路由晶 振、LCD显示电路、复位电路、温度检测电路、LCD驱动电路温度计的工作过程是：初始化其接收需要检测的温度，并一直处于检测状态，并 将检测到的温度值读取，并转化为十进制数值，通过LCD显示出来，再显示温度, 方便用户来读数使用记录数据■ TEifhI'4_pa