基于单片机的数字温度计设计课程论文(编辑修改稿)

基于单片机的数字温度计设计课程论文(编辑修改稿)内容摘要：

000000B SBUF 不定 IE 0X000000B PCON 0X000000B TMOD 00H （ 2）复位信号及其产生 RST 引脚是复位信号的输入端。 复位信号是高电平有效，其有效时间应持续 24个振荡周期 (即二个机器周期 )以上。 若使用颇率为 6MHz 的晶振，则复位信号持续时间应超过 4us 才能完成复位操作。 产生复 位信号的电路逻辑如图 所示： 图 复位信号的电路逻辑图 整个复位电路包括芯片内、外两部分。 外部电路产生的复位信号 (RST)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的 S5P2 时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。 复位操作有上电自动复位 和 按键手动复位两种方式。 上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图 （ a）所示。 这佯，只要电源 Vcc 的上升时间不超过 1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。 按键手动复位有电 平方式和脉冲方式两种。 其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与 Vcc 电源接通而实现的，其电路如图 （ b） 所示；而按键脉冲复位则是利用 RC微分电路产生的正脉冲来实现的，其电路如图 （ c）所示： 单片机原理及应用课程设计 12 （ a）上电复位 （ b）按键电平复位 （ c）按键脉冲复位 图 复位电路 上述电路图中的电阻、电容参数适用于 6MHz 晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于 2个机器周期。 DS18B20 芯片简介 芯片简介 （ 1） 适应电压范围更宽，电压范围： V～ ，在寄生电源方 式下可由数据线供电。 （ 2） 独特的单线接口方式， DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。 （ 3） DS18B20 在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。 （ 4） 测 温范围－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10℃ ～ +85℃ 时精度为 177。 ℃。 （ 5） 可编程的分辨率为 9～ 12位，对应的可分辨温度分别为 ℃ 、 ℃ 、 ℃和 ℃ ，可实现高精度测温。 （ 6） 在 9 位分辨率时最多在 内把温度转换为数字， 12 位分辨率时最多在750ms 内把温度值转换为数字，速度更快。 （ 7） 测量结果直接输出数字温度信号，以 “ 一线总线 ” 串行传送给 CPU，同时可传送 CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。 （ 8） 负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作 [5]。 单片机原理及应用课程设计 13 DS18B20 的外形和内部结构 DS18B20 内部结构如图 所示，主要由 4 部分组成： 64位 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 外形及管脚排列如图 和表 33 所示。 I/O C VDD 图 DS18B20 的内部结构 图 DS18B20 的管脚排列 64 位ROM和单线接 口 高速缓存 存储器 存储器和控制器 8 位 CRC 生成器 温度传感器 低温触发器 TL 高温触发器 TH 配置寄存器 电源检测 单片机原理及应用课程设计 14 表 33 DS18B20 引脚定义： 序号 名称 引脚功能描述 1 GND 地信号 2 DQ 数据输入 /输出引脚。 开漏单总线接口引脚。 当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。 3 VDD 可选择的 VDD 引脚。 当工作于寄生电源时，此 引脚必须接地。 （ 1） 64 位 ROM 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，每个 DS18B20 的 64 位序列号均不相同。 64 位 ROM 的循环冗余校验码（ CRC=X8＋ X5 ＋ X4 ＋ 1 ）。 ROM 的 作 用 是 使 每 一 个 DS18B20 都 各 不 相 同 ， DS18B20 中的温度传感器完成对温度的测量，用 16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 ℃ /LSB 形式表达，其中 S 为符号位。 DS18B20 温度值格式表 44如下所示。 ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，他可以看作是该 DS18B20 的地址序列码，每个 DS18B20 的 64 位序列号均不相同。 64 位 ROM 的循环冗余校验码（ CRC=X8＋ X5＋ X4＋ 1）。 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。 DS18B20 中温度传感器完成对温度的侧 量，用 16位符号扩展的二进制补码读数形式提供， 以 ℃ /LSB 形式表达，其中 S为符号位。 DS18B20 温度值格式表 34 如下所示。 这是 12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 DS18B20 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 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 即可得到实际温度。 例如＋ ℃的数字输出为 0191H，－℃的数字输出为 FF6FH。 表 34 DS18B20 温度值格式表 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 LS Byte 23 22 21 20 21 22 23 24 bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 MS Byte S S S S S 26 25 24 （ 2） 高低温报警触发器 TH和 TL 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 EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器 TH、 TL 和结构寄存器。 （ 3）配置寄存器 该字节各位的意义如下 表 35所示。 单片机原理及应用课程设计 15 表 35 配置寄存器结构 TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是 “ 1” ， TM是测试模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式。 在 DS18B20 出厂时该位被设置为 0，用户不要去改动。 R1 和 R0 用来设置分辨率，如下表 36 所示（ DS18B20 出厂时被设置为 12 位）。 表 36 温度分辨率设置表 R1 R0 分辨率 温度最大转换时间 0 0 9 位 0 1 10 位 1 0 11 位 375ms 1 1 12 位 750ms （ 4）高速暂存器 高速暂存器是一个 9 字节的存储器。 开始两个字节包含被测温度的数字量信息；第 5字节分别是 TH、 TL、配置寄存器的临时拷贝，每一次上电复位时被刷新；第 8字节未用，表现为全逻辑 1；第 9字节读出的是前面所有 8 个字节的 CRC码，可用来保证通信正确。 高速暂存器 RAM 结构图如下表 37所示。 表 37 DS18B20 暂存寄存器分布 寄存器内容 字节地址 温 度值低位 （ LS Byte） 0 温度值高位 （ MS Byte） 1 高温限值（ TH） 2 低温限值（ TL） 3 配置寄存器 4 保留 5 保留 6 保留 7 CRC 校验值 8 DS18B20 的工作时序 DS18B20 的一线工作协议流程是：初始化→ ROM 操作指令→存储器操作指令→数据传输。 其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，如图 （ a）（ b）（ c）所示。 单片机原理及应用课程设计 16 DS18B20 等待 DS18B20Tx 产生 15us— 16us 脉冲 60240 主机复位脉冲 VCC 480usTX960us 主机 Rx min480us 1Wire Bus GND 图 （ a）初始化时序 主机写“ 0”时隙 主机写“ 1”时隙 VCC 60usTX120us 1ustxcc∞ 1Wire Bus GND DS18B20 采样 1us DS18B20 采样 15us MIN TYP MAX MIN TYP MAX 15us 30us 15us 15us 30us 图 （ b）写时序 VCC 主机读“ 0”时隙 主机读“ 1”时隙 1Wire Bus GND 主机采样 1us 15us 15us 30us 主机采样 15us 图 （ c）读时序 主机控制 DS18B20 完成任何操作之前必须先初始化，即主机发一复位脉冲 (最短为 480us 的低电平 )，接着主机释放总线进入接收状态， DS18B20 在检测到 I/O 引脚上的上升沿之后，等待 1560us 然后发出存在脉冲 (60240us 的低电平 )。 写时间片：将数据从高电平拉至低电平，产生写起始信号。 在 15us 之内将所需写的位送到数据线上，在 15us 到 60us 之间对数据线进行采样，如果采样为高电平，就写 1，如果为低电平，写 0 就发生。 在开始另一个写周期前必须有 1us 以上的高电平恢复期。 读时间片 :主机将数据线从高电平拉至低电平 1us 以上，再使数据线升为高电平，从而产生读起始信号。 主机在读时间片下降沿之后 15us 内完成读位。 每个读周期最短的持续期为 60us,各个读周期之间也必须有 1us 以上的高电平恢复期。 单片机原理及应用课程设计 17 DS18B20 与单片机的典型接口设计 图 以 MCS－ 51 系列单片机为例，画出了 DS18B20 与微处理器的典型连接。 图 （ a）中 DS18B20 采用寄生电源方式，其 VDD 和 GND 端均 接地，图 （ b）中 DS18B20 采用外接电源方式，其 VDD 端用 3V～ 电源供电 [6]。 (a) 寄生电源工作方式 (b) 外接电源工作方式 图 电源工作方式图 DS18B20 的各个 ROM命令 （ 1） Read ROM [33H] 这个命令允许总线控制器读到 DS18B20 的 8 位系列编码，惟一的序列号的 8 位CRC 码。 只有在总线上存在单只 DS18B20 的时候才能用这个命令。 如果总线上有不止一个从机，当所有从机试图同时传送信号时就会发生数据冲突（漏极 开路连在一起形成“与”的效果）。 （ 2） Match ROM [55H] 这是个匹配 ROM 命令，后跟 64 位 ROM 序列，让总线控制器在多点总线上定位一只特定的 DS18B20。 只有和 64 位 ROM 序列完全匹配的 DS18B20 才能响应随后的存储器操作。 所有和 64位 ROM 序列不匹配的从机都将等待复位脉冲。 这条命令在总线上有单个或多个器件时都可以使用。 （ 3） Skip ROM [0CCH] 这个命令允许总线控制器不用提供 64 位 ROM 编码就使用存储器操作命令，在单点总线情况下，可以节省时间。 如果总线上不止一个从机，在命令之后紧 跟着发一条读命令，由于多个从机同时传信号。 总线上发生数据冲突（漏极开路连在一起形成“与”的效果）。