摘 要：探討工業(yè)場合溫度測量處理方法及系統(tǒng)構(gòu)成。根據(jù)數(shù)字溫度傳感器DS18B20的特點，構(gòu)成溫度測量系統(tǒng)。利用簡單的接口與單片機(jī)組成一個溫度測量系統(tǒng)，通過鍵盤和LED顯示數(shù)碼管對系統(tǒng)進(jìn)行控制和顯示，給出用DS18B20和AT89C51單片機(jī)構(gòu)成的溫度測量系統(tǒng)的應(yīng)用電路和參考程序。利用DS18B20的單總線結(jié)構(gòu)，占用系統(tǒng)的端口少，非常適合遠(yuǎn)距離多點溫度檢測系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：DS18B20；AT89C51；溫度；測量

中圖分類號：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)10-157-03

Temperature Measurement System Based on DS18B20

ZHAO Yongjie1，XU Yuan2

(1.Nanyang Radio and TV University，Nanyang，473066，China;2.Nanyang Institute of Technology，Nanyang，473004，China)

Abstract：Exploring the methods and system structure of temperature measurement in industrial situation.Methods Forming temperature measurement system by means of digital temperature sensor DS18B20.Creating a temperature measurement system by using simple I/O port and single chip microcomputer which has keyboard and LED，and providing the applied circuit and reference program by means of DS18B20 and AT89C51.According to the structure characteristics of DS18B20，which occupy less system ports.This temperature measurement system is appropriate to temperature test system based on long-distance and multi-ports.

Keywords：DS18B20;AT89C51;temperature;measurement

在許多工業(yè)場合中都要進(jìn)行溫度檢測和溫度控制，常用方法是采用溫度傳感進(jìn)行檢測，配合單片機(jī)進(jìn)行控制。DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的“一線總線”接口的數(shù)字化傳感器，他具有微型化、低功耗、抗干擾能力強(qiáng)、易與微處理器接口等優(yōu)點，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微處理器接收處理。利用這種溫度傳感器構(gòu)成的溫度測量系統(tǒng)電路非常簡單、易于實現(xiàn)，并且適用于幾乎所有類型的單片機(jī)。

1 DS18B20介紹

1.1 DS18B20功能特點

DS18B20功能特點：3.0～5.5 V單電源供電；微型化、低功耗、抗干擾能力強(qiáng)、易與微處理器接口；溫度測量范圍為－55～＋125 ℃，測溫分辨率可達(dá)0.5 ℃；3引腳TO-92小體積封裝或8引腳μSOP封裝；可編程為9～12位A/D轉(zhuǎn)換精度；只需一根端口線就能與微處理器通訊；每只DS18B20有惟一的序列號并可存入其ROM中，便于實現(xiàn)多芯片多點測量；在使用中不需要任何外圍元件；用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值。

1.2 DS18B20引腳功能

DS18B20引腳分布如圖1所示。

1.3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)

DS18B20內(nèi)部由64位閃速ROM、觸發(fā)器TH和TL、高速暫存存儲器、配置寄存器和8位CRC發(fā)生器等組成。

圖1DS18B20引腳

(1) 64位閃速ROM的結(jié)構(gòu)如下：

8位檢驗CRC48位序列號8位工廠代碼

開始8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后8位是前56位的CRC校驗碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。

(2) 非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入用戶報警上下限。

(3) 高速暫存存儲器：

DS18B20溫度傳感器的內(nèi)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E2PROM。后者用于存儲TH，TL值，數(shù)據(jù)先寫入RAM，經(jīng)校驗后再傳給E2PROM。而配置寄存器為高速暫存器中的第5個字節(jié)，他的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，DS18B20工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。

1.4 DS18B20的初始化

由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，他有嚴(yán)格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。

2 單片機(jī)溫度測量系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 

系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。以單片機(jī)AT89C51為核心，由溫度傳感器DS18B20、鍵盤和LED顯示電路、電源電路及時鐘電路等組成。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

2.2 電源電路

電源電路中主要使用的是由交流220 V，50 Hz的市電轉(zhuǎn)換成直流電，該部分電路由降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓4部分組成，穩(wěn)壓集成塊采用7805。

2.3 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集電路如圖3所示。 Atmel的AT89C51單片機(jī)，內(nèi)有4 kB閃爍可編程可擦除只讀存儲器，128 B的數(shù)據(jù)存儲器空間，可直接推動LED。由溫度傳感器DS18B20采集被控對象的實時溫度，提供給AT89C51的P3.7口作為數(shù)據(jù)輸入。

圖3 單片機(jī)89C51與溫度傳感器DS18B20的連接圖

2.4 接口電路

P1口接4×4行列鍵盤，P1.0～P1.3與行線相連，每條行線接10 kB的電阻到電源，P1.4～P1.7與列線相連。P0口用作7段數(shù)碼管的字段選擇信號，控制數(shù)碼管的字段LED發(fā)光，P2口的P2.0～P2.3用于產(chǎn)生4位數(shù)碼管的位選擇信號，控制應(yīng)該顯示的7段數(shù)碼管發(fā)光。

3 軟件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)程序流程圖

系統(tǒng)程序流程圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)程序流程圖

3.2 溫度部分軟件設(shè)計

DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ROM操作指令→存儲器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序。故主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)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(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求CPU將數(shù)據(jù)線下拉500 μs，然后釋放，DS18B20收到信號后等待16～60 μs左右，發(fā)出60～240 μs的低脈沖，CPU收到此信號表示復(fù)位成功。部分函數(shù)如下：

3.2.1 初始化函數(shù)

初始化函數(shù):



void TxReset(void)

{ uint i;

DQ = 0;

i = 100;

while (i>0) i--; 

DQ = 1; // 產(chǎn)生上升沿

i = 4;

while (i>0) i--;}

3.2.2 等待應(yīng)答函數(shù)

等待應(yīng)答函數(shù):



void RxWait(void)

{ uint i;

while(DQ);

while(~DQ); // 檢測到應(yīng)答脈沖 

i = 4;

while (i>0) i--; }

3.2.3 讀數(shù)據(jù)函數(shù)

讀數(shù)據(jù)函數(shù):



uchar RdByte(void)

{ uchar i，j，b;

b = 0;

for (i=1;i<=8;i++)

{ j = RdBit();

b = (j<<7)|(b>>1);

}

return(b);}

3.2.4 寫數(shù)據(jù)函數(shù)

寫數(shù)據(jù)函數(shù):



void WrByte(uchar b)

{ uint i;

uchar j;

bit btmp;

for(j=1;j<=8;j++)

{ btmp = b0x01;

b = b>>1; // 取下一位（由低位向高位）

if (btmp)

{ /* 寫1 */

DQ = 0;

i++;i++; // 延時，使得15 μs以內(nèi)拉高

DQ = 1;

i = 8;

while(i>0) i-; // 整個寫1時隙不低于60 μs 

}

else

{ /* 寫0 */

DQ = 0; 

i = 8;

while(i>0) i--; // 保持低在60~120 μs之間

DQ = 1;

i++;

i++; } } }

[BT4+*3]3.2.5 啟動溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)

啟動溫度轉(zhuǎn)換函數(shù):



void convert(void)

{ TxReset(); // 產(chǎn)生復(fù)位脈沖，初始化DS18B20

RxWait(); // 等待DS18B20給出應(yīng)答脈沖

delay(1); // 延時

WrByte(0xcc); // skip rom 命令

WrByte(0x44); // convert T 命令

}

3.2.6 讀取溫度值函數(shù)

讀取溫度值函數(shù)：



void RdTemp(void)

{ TxReset(); // 產(chǎn)生復(fù)位脈沖，初始化DS18B20 

RxWait(); // 等待DS18B20給出應(yīng)答脈沖

delay(1); // 延時

WrByte(0xcc); // skip rom 命令

WrByte(0xbe); // read scratchpad 命令

tplsb = RdByte(); // 溫度值低位字節(jié)（其中低4位為二進(jìn)制的“小數(shù)”部分）

tpmsb = RdByte(); // 高位值高位字節(jié)（其中高5位為符號位） 

}

4 結(jié) 語

溫度傳感器DS18B20轉(zhuǎn)化溫度的方法非常簡潔且精度高、測試范圍較廣。單片機(jī)體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、對環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好。因此這種溫度測量系統(tǒng)能應(yīng)用于各種場合，具有很大的應(yīng)用價值。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］田俊英.基于51單片機(jī)的溫度測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，30(10):15-17.

［2］MAXIM公司.MAXIM產(chǎn)品資料全集［M/CD］.2000.

［3］吉雷.Protel 99從入門到精通[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2000.

［4］林伸茂.8051單片機(jī)徹底研究基礎(chǔ)篇[M].北京：中國電力出版社，2007.

作者簡介 趙永杰 男，1975年出生，南陽廣播電視大學(xué)，講師，在讀碩士研究生。研究方向為嵌入式系統(tǒng)。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。