温度传感器实验报告

温度传感器DS18B20实验报告

一、实验目的

1.复习掌握Protues，keil软件的使用

2.了解掌握DS18B20的工作原理以及编程方法

二、实验器材

单片机开发板温度传感器芯片DS18B20

串口线

三、实验原理

一应用背景概述

测量温度的关键是温度传感器。随着技术飞速发展，传感器已进入第三代数字传感器。本测温系统采用的DS18B20就是属于这种传感器。DS18B20是美国DALLAS半导体公司生产的单总线数字温度传感器，它可以实现数字化输出和测试，并且有控制功能强、传输距离远、抗干扰能力强、接口方便、微功耗等优点，因而被广泛应用在工业、农业、军事等领域的控制仪器、测控系统中。

二 DS18B20的原理及特性介绍

1.DS18B20的几个特点：

a. DS18B20因为采用了单总线技术，可通过串行口线，也可通过其他I/O口线与微机直接接传感器直接输出被测温度值（二进制数）。

b.其测量温度范围为：-55℃————+125℃,

c.测量分辨率为：0.0625℃,是其他传感器无法相比的。

图1 DS18B20外部形状及管脚

d.内含64位只读存储器ROM,（内存出厂序列号，是对应每一个器件的唯一号），还又RAM 存有温度当前转换值及符号。

e.用户可分别设定每个器件的温度上、下限。

f.内含寄生电源。

2. DS18b20的结构：

a. 64位光刻ROM ，可以看作是DS18B20的地址序列号，如表一所示。

表1

b.高速暂存器RAM共占0、1两个单元：

表2

两个8位的RAM中，存放二进制的数，高五位是符号位，如果温度大于0OC,这五位数为0，将测到的数值乘以0.0625，即得到实际的温度值;如果温度小于0OC,高五位为1，测到的数值需要取反加1，再乘以0.0625 ，才得到实际的温度值。

c. 九个寄存器的名称及作用：

表3

三 DS18B20 的控制方法

DS18B20的操作是通过执行操作命令实现的，其控制程序是按照DS18B20的通讯协议编制的。单片机与DS18B20交换数据，CPU按照单总线协议在总线上产生复位时序和读写时序来实现的。其中包含复位脉冲、响应脉冲、读、写时序，只有响应脉冲是DS18B20发出的，其他都有单片机发出。时序的具体要求如下：

（1）复位脉冲：单片机发出一个宽为480—960μs的负脉冲之后再发出5—60μs的正脉冲，此时D S18B20会发出一个60—240μs的响应脉冲，复位时序结束。也就是呼应阶段。

（2）写时间片：写一位二进制的信息，周期至少为61μS,其中含1μS的恢复时间，单片机启动写程序后15—60μs期间DS18B20自动采样数据线，低电平为“0”，高电平为“1”。单片机写“0”时，要持续低电平60—120μs,写“1”时，要在启动后15μs之内使数据线变为高电平。

（3）读时间片：读一位二进制数据，周期及恢复时间要求与写时间片相同。单片机启动读时序之后，至少保持1μs低电平，然后在接近启动后15μs之前读入数据。低电平为“0”，高电平为“1”。

图2 初始化时序

图3 读/写时序

（4） ROM 操作命令的执行：

在 ROM 操作命令中，有两条命令专门用于获取传感器序列号:读ROM命令（33H）和搜索ROM命令（FOH）。读ROM命令只在总线上只有一个传感器的情况下使用。具体的搜索过程为:（1）单片机发出复位脉冲进行初始化，连接在P3。5口上的传感器则发出存在脉冲做出响应。（2）单片机在单总线上发出搜索ROM命令。（3）单片机从单总线上读一位数据。ds18b20的工作时序分别有初始化时序、写时序、读时序、转换时序等，根据传感器的这些时序要求编写出子程序、主程序

表4

四测温系统的硬件设计

本系统选择体积小、成本低、内带2K EEPROM的89C2051作为控制芯片，晶振采用12MHZ，用74LS07，74LS04驱动三个LED数码管和一个继电器线圈从而驱动电加热设备。P3.5口作为采集温度信号线，P1口作为显示数据线，与P3.3,P3.4组成显示的个位、十位及符号位，采用动态扫描显示。在本系统中测控一路温度信号，DS18B20通过单总线方式连接在单片机的P3。5.引脚上，用户可设定所需的温度测定值（包括上限值和下限值），P3.1引脚控制电热设备启动与停止，从而达到控制温度效果。整个硬件系统简单、明晰。

图3 DS18B20测温硬件原理图

五系统软件设计：

系统对温度检测控并实时显示温度值。所选用的温度传感器芯片DS18B20属于新一代适配微处理器的智能温度传感器，时序复杂，在编程及运行中均须严格安照时序进行。

测温系统的工作流程:初始化——-获取序列号的ROM操作命令——-写存储器操作命令——-读转换数据——-处理数据—-显示温度—-启动控制设备。主程序功能是调用各功能子程序、控制电热设备开启与停止。子程序包括：对DS18B20初始化子程序、读子程序、写子程序、温度转换子程序、数值计算子程序、显示子程序。（见程序方框图）

此系统程序编写虽然比AD590测温复杂，但省去A/D转换环节硬件，提高精度及抗干扰能力，系统稳定。

四、实验原理

1.首先，打开keil，在keil的环境中编译c语言的代码，编译成功后生成hex文

件。（c语言的代码在最后的附录中）

2.然后，打开protues,在protues的环境中画出仿真图如下图（原件有DS18B20、

AT89C52、RESPACK-8、7SEG-MPX6-CC）

3.然后用proteus打开仿真图，双击单片机，再点击文件样式的小图标，将生成

的hex文件加载到单片机中（如下图）

4.实物连线：1.用排线将单片机P0口与开发板上的J12口连接，温度传感芯片

DS18B20插入有18B20_P3^7标识的卡槽中,单片机的

P2^0,P2^1,P2^2,P2^3,P2^4,P^5分别用跳线与J16的连续六个插口相连。用

串口线将单片机与电脑相连，打开PZISP自动下载程序，点击打开文件按钮，

找到原来生成的HEX文件双击该文件即完成加载，然后点击下载程序按钮。如

图:

5.文件烧录完成，运行

五、实验小结

1.这次实验的主要内容是学习温度传感器的工作原理。

2.复习keil,protues等软件的使用步骤。

附录：1.c语言代码

include

unsigned char code num[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};

unsigned char code num1[]={0xBF,0x86,0xDB,0xCF,0xE6,0xED,0xFD,0x87,0xFF,0xEF};

sbit DQ=P3^7;

bit flag;

delay(unsigned int i) //延时，也可以用for(;i;i--)；但对后面的读写温度和初始化的延时不同{while(i--);

}

void display(unsigned int t) //显示模块

{ P2=0x3E; //S0

P0=0x39;

delay(500);

P2=0x3D; //S1

P0=0x3F;

delay(500);

P2=0x3B;

P0=num[t/10%10]; //S2

delay(500);

P2=0x37;

P0=num1[t/100%10]&0xFF; //S3

delay(500);

P2=0x2F;

P0=num[t/1000%10]; //S4

delay(500);

P2=0x1F; //S5

if(flag==1) //判断正负温度

P0=0x40;

else

P0=num[t/10000%10];

delay(500);

}

void init() //初始化DS18B20

{unsigned char k=0;

loop: DQ=1;

delay(8);

DQ=0;

delay(80); //延时400us

DQ=1;

delay(8); //延时15us

k=DQ;

delay(10); //延时

if(k==1)

goto loop;

}

readchar() //读DS18B20中的串行数据{unsigned char i=0;

unsigned char date=0;

for(i=8;i;i--)

{DQ=0;

date>>=1;

DQ=1;

if(DQ)

date|=0x80;

delay(5);

}

return(date);

}

void write(unsigned char date) //DS18B20的写指令

{unsigned char i;

for(i=8;i;i--)

{DQ=0;

DQ=date&0x01;

delay(5);

DQ=1;

date>>=1;

}

}

gettemperature() //读取温度

{unsigned char x=0,y=0;

unsigned int t;

init();

write(0xcc); //跳过读ROM序列号

write(0x44); //启动温度变换

delay(100);

init();

write(0xcc);

write(0xbe); //读暂存存储器，即温度

x=readchar(); //低八位

y=readchar(); //高八位

if(y&0x80)

{flag=1;

x=~x;

y=~y;

x=x+1;

}

else flag=0;

t=(y*256+x)*25;

return(t>>2); //扩大100倍}

void main(void)

{unsigned int get;

unsigned char counter=1;

while(1)

{

if(counter--==0)

{get=gettemperature();

counter=10;

}

display(get);

}

2.程序流程图

温度转化子程序流程图