基于AT89C51单片机与DS18B20的温度测量系统.pdf-资料库

第 9卷，第 5期 Vol 9 N O 5 电子与封装 ELECTR0NICS & PACKAGING 总第 73期 2009年 5月产品、应用 _与、市场，基于 AT 8 9C 5 1单片机与 D S 1 8B2 0的温度测量系统易丽华，黄俊 (湖南科技职业学院，长沙 410004) 摘要：DALLAS公司的单总线数字温度传感器DSI8B20以其线路简单、硬件开销少、成本低廉等一系列优点，有着无可比拟的应用前景。文章首先介绍了DS18B20的特性及工作原理。接着提出了一种基于AT89C51单片机与 DSl8B20的温度测量报警系统，分析了系统的硬件结构及软件设计。其中，详细介绍了AT89C51对 DSl8B20的操作流程，及使用 DS18B20时候的注意事项。该温度测量系统具有结构简单、价格低廉、扩展方便和应用广泛等一系列优点。关键词：AT89C51；DS18B20；温度测量中图分类号：TN402 文献标识码：A 文章编号：1681—1070 (2009)05—0039—05 A Tem perature M easure System based on AT89C51 and DS18B20 Y ILi-hua．HU ANG Jun (Hunan Vocational college ofScience and Technology，Changsha 4 1 0004，China) A bstract：DALLAS Corporation’S 1-wire bus digital tem perature sensor has incomparable application prospect because its circuit is simple，and with few er hardware expenses．This paper introduces the structure and principle ofthe 1-w ire bus digital temperature sensor，presents the hardwar e and com pile program design oftemperatllre m easure and alarm system which based on AT89C5 1 and D S 1 8B20．This paper explains transaction sequence of D S 1 8B20 and points for attention．This device has som e advanmges such as：sim ple structure，low price．It also can be easily extended and has important application perspectives． K eywords：AT89C51；D S18B20；tem peraturem easure 1 引言 DSI8B20集温度测量和 A／D转换于一体，直接输出数字量，传输距离远，可以很方便地实现多点测量，硬件电路结构简单，与单片机接口几乎不需要温度是一种最基本的环境参数，日常生活和外围元件。工农业生产中经常要检测温度。传统的方式是采用文章将介绍 DS 1 8B20的结构特征及控制方法，热电偶或热电阻，但是由于模拟温度传感器输出为给出以此传感器和 AT89C5 1单片机构成的最小温度模拟信号，必须经过 AID 转换环节获得数字信号后测量报警系统。才能与单片机等微处理器接口，使得硬件电路结构复杂，制作成本较高。近年来，美国 DALLAS公司生产的 DSI8B20为代表的新型单总线数字式温度传 2 单总线数字温度计 DS18B20介绍感器以其突出优点广泛使用于仓储管理、工农业生 2．1 DSI8B20性能特点产制造、气象观测、科学研究以及日常生活中。美国 DALLAS半导体公司的 DS18B20是世界上收稿日期：2008．10．19 ． 39．

第9卷第 5期电子与封装第一片支持 “单总线”接口的数字式温度传感器，置不由用户更改。DS18B20共 64位 ROM 。能够直接读取被测物的温度值。它具有 TO．92、 (2)RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存 TSOC、SOIC多种封装形式，可以适应不同的环境取，数据在掉电后丢失，DS18B20共 9个字节 RAM ，需求。其测量范围在一55～+125℃ 、一10℃-+85℃之每个字节为 8位。如图 2所示。第 1、2个字节是温内的测量精度可达 ± 0．5℃ ，稳定度为 1％。通过编度转换后的数据值信息，第 3和第 4字节是高温触发程可实现 9、10、 1 1、12位的分辨率读出温度数据，器和低温触发器的易失性拷贝，第 5个字节为以上都包括一个符号位，因此对应的温度量化值分配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换别为 0．5℃、0．25℃、0．125℃、0．062 5℃，芯片出厂分辨率，DS 1 8B20工作时寄存器中的分辨率转换为 ■●■tI■●■●■■J■●■■●● D■ ( 一一一一一一一一时默认为 12位的转换精度。读取或写入 DS18B20仅相应精度的温度数值。以上字节内容每次上电复位需要一根总线，要求外接一个约 4．7k Q的上拉电时被刷新。配置寄存器字节各位的定义如图 2所示。阻，当总线闲置时，其状态为高电平。此9I'DS18B20 是温度一电流传感器，对于提高系统抗干扰能力有很大的帮助。 2．2 DSI8B20~[脚结构 DS18B20采用 3~pTO一92封装或 8脚的 SOIC封装，如图 1所示。 NC NC VDO DQ DQ NC NC GND (BOTTOM VIEW) TO一92 (DS18B20) 8-Pin “ SOP (DS18B20U) 图 1 DS18B20引脚图各引脚的功能：GND为电压地；DQ为单数据总线；vo 为电源电压；NC为空引脚。 2．3 DSI8B20工作原理及应用 DS 1 8B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。在讲解其工作流程之前我们有必要了解 1 8B20的内部存低 5位一直为 1，是工作模式位，用于设置DS18B20 在工作模式还是在测试模式，DS 1 8B20出厂时该位 I 被设置为 0，用户不要去改动；．和用来设置分辨率，决定温度转换的精度位数。如表 1所示。温度 LSB 温度 MSB TH用户字节 1 TL用户字节 2 配置寄存器保留保留保留 CRC 图 2 DS18B20字节定义表 1 DS18B20温度转换时间表 3 AT89C51和 DS18B2O组成的温度测量系统储器资源。1 8B20共有三种形态的存储器资源，它们 3．1 硬件结构分别是： DS18B20与 AT89C51的接线如图 3。管脚接 (1)ROM 只读存储器，用于存放 DS18B20ID编 5 V 电压给传感器供电。 D Q 管脚为数据线与码，其前 8位是单线系列编码 (DS1 8B20的编码是 AT89C51的 P1．3连接，同时还要接一个 4．7k Q的上 19H)，后面 48位是芯片唯一的序列号，最后 8位是拉电阻，使数据线在空闲状态下能自动上拉为高电以上 56位的 CRC码 (冗余校验 )。数据在出厂时设平，GND管脚接地。温度传感器 DS18B20将被测温．． 40．．

第 9卷第 5期易丽华，黄俊：基于 AT89c 51单片机与 DS1 8B20的温度测量系统度转化成数字信号。显示器模块由两位一体的共报警上下限值设置程序和显示程序三部分，传感阳数码管和 2个 9012组成。报警上下限值可通过器控制程序是按照 DS18B20的通信协议编制。系按键设置，当测得的温度越限时，蜂鸣器和发光统的工作是在程序控制下，完成对传感器的读写二极管同时报警。系统程序分为传感器控制程序、和对温度的显示。图 3 AT89C5l和 DS18B20组成的温度测量系统 3．2 控制器对 DS18B20操作流程 3．2．3 控制器发送 RoM 指令 3．2．1 复位双方打完招呼之后就要进行交流，ROM 指令共首先我们必须对 DS 1 8B20芯片进行复位，复位就有 5条，每一个工作周期只能发一条，ROM 指令分是由控制器 (单片机 )给 DS18B20单总线至少 480 s 别是读 ROM 数据 (33H)、指定匹配芯片 (55H)、跳的低电平信号。当 DS1 8B20接到此复位信号后则会跃 ROM (CCH)、芯片搜索 (F0H)、报警芯片搜索在 15“s～60 s后回发一个芯片的存在脉冲。 (ECH)。ROM指令为 8位长度，功能是对片内的 64位 3．2．2 存在脉冲光刻 ROM 进行操作。其主要目的是为了分辨一条总在复位电平结束之后，控制器应该将数据单线上挂接的多个器件并作处理。诚然，单总线上可以总线拉高，以便于在 1 5 s～60 “s后接收存在脉同时挂接多个器件，并通过每个器件上所独有的 ID 冲，存在脉冲为一个 60 s~240 s的低电平信号。号来区别，一般只挂接单个 DS 1 8B20芯片时可以跳过至此，通信双方已经达成了基本的协议，接下来将 ROM 指令 (注意：此处指的跳过 ROM 指令并非不发会是控制器与 DS18B20间的数据通信。如果复位低送 ROM 指令，而是用特有的一条 “跳过指令”)。电平的时间不足或是单总线的电路断路都不会接到 3．2．4 控制器发送存储器操作指令存在脉冲，在设计时要注意意外情况的处理。如图在 ROM 指令发送给 DS18B20之后，紧接着 (不 4所示。间断 )就是发送存储器操作指令了。操作指令同样为 8位，共 6条，存储器操作指令分别是写 RAM 数据 (4EH)、读 RAM 数据 (BEH)、将 RAM 数据复制到 EEPROM (48H)、温度转换 (44H)、将 EEPROM 中的报警值复制到 RAM (B8H)、工作方式切换 (B4H)。存储器操作指令的功能是命令 DS 1 8B20做什么样的图4 DS18B20复位时序工作，是芯片控制的关键。． 41．

第9卷第5期电子与封装 3．2．5 执行或数据读写字节，中途可停止，只读简单温度值则读前 2个字节一个存储器操作指令结束后则将进行指令执行即可 )。其他的操作流程也大同小异，在此不多介绍。或数据的读写，这个操作要视存储器操作指令而定。 3．3 温度计算的简化处理如执行温度转换指令则控制器 (单片机 )必须等待当 DS 1 8B20接收到温度转换命令后，开始启动 DS18B20执行其指令，一般转换时间为 500 S。如转换。转换完成后的温度值就以 1 6位带符号扩展的执行数据读写指令则需要严格遵循 DS 1 8B20的读写二进制补码形式 (高 5位是符号位 )存储在高速暂时序来操作。存器的第 1、2字节。单片机可以通过单线接口读出读时间隙控制时的采样时间应该更加精确才该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式行，读时间隙也是必须先由主机产生至少 1／．t S的以 0．062 5℃／LSB形式表示。低电平，表示读时间的起始。随后在总线被释放后当符号位 S=0时，表示测得的温度值为正值，可的 15 P-S中DS18B20会发送内部数据位，这时控制以直接将二进制位转换为十进制；当符号位 =1时，器如果发现总线为高电平表示读出 “1”，如果总线表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码 (取为低电平则表示读出数据 …0’。每一位的读取之前反加 1)，再计算十进制数值。例如，输出数字量7DOH，都由控制器加一个起始信号。注意：如图 5所示，可知温度为正，07DOH转换成十进制是 2 000，所测温必须在读间隙开始的 15 S内读取数据位才可以保度为 2000×0．0625=125℃；输出数字量0FC90H，可知证通信的正确。温度为负，0FC90H原码为 370H，转换成十进制是 880， M AS1ERREAD …0’SI．D T SⅡRREAD “1” SL — { 一 1 u s

第 9卷第 5期易丽华，黄俊：基于 AT89C51单片机与 DS1 8B20的温度测量系统温度转换命令后，程序总要等待其返回信号，一旦某社，2007．个 DS18B20接触不好或断线，当程序读该 DS18B20时，【2】农静．单总线数字温度传感器 DS18B20原理及应用【J]．贵将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行州师范大学学报 (自然科学版 )，2007，(25)：120—122． DS 1 8B20硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。【3]李叶紫，等．MCS一51单片机应用教程[M]．北京：清华大测温电缆线建议采用屏蔽 4芯双绞线，其中一学出版社，2004．对线接地线与信号线，另一组接和地线，屏蔽层【4】周月霞，孙传友．DS18820硬件连接与软件编程[J]．传感在源端单点接地。器世界，2001 (12)：25—29． 4 小结【5】何立民．单片机应用系统设计 [M]．北京：北京航空航天大出版社， 1995． [6】叶丹．基于单片机的自适应温度控制系统[J]．传感器技术，本系统以 AT89C5 1单片机为开发平台，通过对 2002，21 (3)：27-30．单总线可编程温度传感器 DS18B20的特性、内部结【7】张培仁．MCS-51单片机原理与应用 [M]．北京：清华大学构、工作流程进行深入研究，结合相应的软、硬件出版社，2003．设计，在此基础上设计了温度控制系统，与传统装置相比，具有主机接口简单、结构灵活、调试方便譬作者简介等特点，实验结果表明这种测温系统转换速度快、易丽华 (1978．)，女，湖南醴陵人，精度高。此外，在原有系统的基础上进行修改就可硕士，研究方向为单片机应用和计算实现 DS18B20的多点测量，使用方便。机控制技术。参考文献：【1】陈忠平，等．单片机原理及接口【M] 匕京：清华大学出版 (上接第 10页) [121 ToshiakiIshii，HkoyosNKokaku，AkiraNagai，eta1．Calcium 【5】王晓芬．电子产品塑封成型不良原因分析及对策[J]．现代 Borate Flame Retardation System for Epoxy M olding 制造工程，2007(7)：89—92． Compounds[J]．Polymer engineering and science，2006：799— 【6】电子元件塑封和环氧模塑料 [EB／OL]．中国环氧树脂行业 806．在线，http：llwww．xlresin．com／Article／4046．htm1． [13]哈恩华，等．插层聚合制备环氧树 Jl~'／蒙脱土灌封材料的 [7】孙忠贤．电子化学品[M】．化学工业出版社，2001：21 1-212．研究【J]_化工进展，2004，23 (4)：385．【8】成兴明．环氧模塑料性能及其发展趋势[J]．半导体技术， [14】Y'mg—LingLiu,Yu-LoLin，Chih-PingChen，eta1．Preparation 2004，29 (1)：13—18． ofEpoxy Resin／Silica Hybrid Composites for Epoxy M old— [9】M．Akatsuka，Y Takezawa,S．Amagi．Influences of inorganic ing Compounds[J]．Journal of Applied Polymer Science， fillers on curing reactions of epoxy resins initiated with a 2003，90：4 047—4 053． boron trifluoride amine complex[J]．Polymer，2001，42(7)： [15】周朝雁，黄文迎，周洪涛．我国环氧塑封料的产业化进 3003．3 007．展[J]．产业市场，2008，16 (3／4)：14—16． [10】Wonho Kim，Jong—Woo Bae，Ildong Choi，et a1．Thermally Conductive EMC (Epoxy Molding Compound)for Mi— 作者简介： croelectronic Encapsulation[J]．Polymer engineering and 曹延生 (1980．)，男，安徽泗县人， science，1 999，39 (4)：756—766． [1 1】Cheng—Yu Hsieh，Shyan—Lung，Chung．High．Th ermal Con ductivity Epoxy M olding Compound Filled with a Com- 硕士研究生，工程师，研究方向包括生物降解高分子材料、高分子材料加工、电子封装材料的开发和生产工艺，目 bustion Synthesized A1N Powder[J]．Joumal of Applied 前在北京科化新材料科技有限公司工 Polymer Science，2006，102：4734-4740．作。． 43．

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