新聞中心

EEPW首頁 > 嵌入式系統(tǒng) > 設計應用 > 51單片機DS18B20溫度測量

51單片機DS18B20溫度測量

作者: 時間:2016-11-30 來源:網(wǎng)絡 收藏
大家好,通過以前的學習,我們已經(jīng)對51單片機綜合學習系統(tǒng)的使用方法及學習方式有所了解與熟悉,學會了步進電機控制的基本知識,體會到了綜合學習系統(tǒng)的易用性與易學性,這一期我們將一起學習數(shù)字溫度傳感器DS18B20的基本原理與使用方法。
先看一下我們將要使用的51單片機綜合學習系統(tǒng)能完成哪些實驗與產(chǎn)品開發(fā)工作:分別有流水燈,數(shù)碼管顯示,液晶顯示,按鍵開關,蜂鳴器奏樂,繼電器控制,IIC總線,SPI總線,PS/2實驗,AD模數(shù)轉(zhuǎn)換,光耦實驗,串口通信,紅外線遙控,無線遙控,溫度傳感,步進電機控制等等。
單總線溫度傳感器DS18B20簡介
DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的單總線式數(shù)字溫度傳感器,它具有微型化、低功耗、高性能、搞干擾能力強、易配處理器等優(yōu)點,特別適用于構成多點溫度測控系統(tǒng),可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(提供9位二進制數(shù)字)給單片機處理,且在同一總線上可以掛接多個傳感器芯片。它具有3引腳TO-92小體積封裝形式,溫度測量范圍為-55℃~+125℃,可編程為9位~12位A/D轉(zhuǎn)換精度,測溫分辨率可達0.0625℃,被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出,其工作電源既可在遠端引入,也可采用寄生電源方式產(chǎn)生,多個DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上,CPU只需一根端口線就能與多個DS18B20通信,占用微處理器的端口較少,可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點使DS18B20非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng)。
DS18B20外形及引腳說明
在TO-92和SO-8的封裝中引腳有所不同,具體差別請查閱PDF手冊,在TO-92封裝中引腳分配如下:
1(GND):地
2(DQ):單線運用的數(shù)據(jù)輸入輸出引腳
3(VDD):可選的電源引腳
DS18B20工作過程及時序
DS18B20內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器,為計數(shù)器1提供一頻率穩(wěn)定的計數(shù)脈沖。
高溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率對溫度很敏感的振蕩器,為計數(shù)器2提供一個頻率隨溫度變化的計數(shù)脈沖。
初始時,溫度寄存器被預置成-55℃,每當計數(shù)器1從預置數(shù)開始減計數(shù)到0時,溫度寄存器中寄存的溫度值就增加1℃,這個過程重復進行,直到計數(shù)器2計數(shù)到0時便停止。
初始時,計數(shù)器1預置的是與-55℃相對應的一個預置值。以后計數(shù)器1每一個循環(huán)的預置數(shù)都由斜率累加器提供。為了補償振蕩器溫度特性的非線性性,斜率累加器提供的預置數(shù)也隨溫度相應變化。計數(shù)器1的預置數(shù)也就是在給定溫度處使溫度寄存器寄存值增加1℃計數(shù)器所需要的計數(shù)個數(shù)。
DS18B20內(nèi)部的比較器以四舍五入的量化方式確定溫度寄存器的最低有效位。在計數(shù)器2停止計數(shù)后,比較器將計數(shù)器1中的計數(shù)剩余值轉(zhuǎn)換為溫度值后與0.25℃進行比較,若低于0.25℃,溫度寄存器的最低位就置0;若高于0.25℃,最低位就置1;若高于0.75℃時,溫度寄存器的最低位就進位然后置0。這樣,經(jīng)過比較后所得的溫度寄存器的值就是最終讀取的溫度值了,其最后位代表0.5℃,四舍五入最大量化誤差為±1/2LSB,即0.25℃。
溫度寄存器中的溫度值以9位數(shù)據(jù)格式表示,最高位為符號位,其余8位以二進制補碼形式表示溫度值。測溫結束時,這9位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到暫存存儲器的前兩個字節(jié)中,符號位占用第一字節(jié),8位溫度數(shù)據(jù)占據(jù)第二字節(jié)。
DS18B20測量溫度時使用特有的溫度測量技術。DS18B20內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號;同樣的,高溫度系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號。當計數(shù)門打開時,DS18B20進行計數(shù),計數(shù)門開通時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器,可對頻率的非線性度加以補償。測量結果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應該為9位,但因符號位擴展成高8位,所以最后以16位補碼形式讀出。
DS18B20工作過程一般遵循以下協(xié)議:初始化——ROM操作命令——存儲器操作命令——處理數(shù)據(jù)
① 初始化
單總線上的所有處理均從初始化序列開始。初始化序列包括總線主機發(fā)出一復位脈沖,接著由從屬器件送出存在脈沖。存在脈沖讓總線控制器知道DS1820 在總線上且已準備好操作。
② ROM操作命令
一旦總線主機檢測到從屬器件的存在,它便可以發(fā)出器件ROM操作命令之一。所有ROM操作命令均為8位長。這些命令列表如下:
Read ROM(讀ROM)[33h]
此命令允許總線主機讀DS18B20的8位產(chǎn)品系列編碼,唯一的48位序列號,以及8位的CRC。此命令只能在總線上僅有一個DS18B20的情況下可以使用。如果總線上存在多于一個的從屬器件,那么當所有從片企圖同時發(fā)送時將發(fā)生數(shù)據(jù)沖突的現(xiàn)象(漏極開路會產(chǎn)生線與的結果)。
Match ROM( 符合ROM)[55h]
此命令后繼以64位的ROM數(shù)據(jù)序列,允許總線主機對多點總線上特定的DS18B20尋址。只有與64位ROM序列嚴格相符的DS18B20才能對后繼的存貯器操作命令作出響應。所有與64位ROM序列不符的從片將等待復位脈沖。此命令在總線上有單個或多個器件的情況下均可使用。
Skip ROM( 跳過ROM )[CCh]
在單點總線系統(tǒng)中,此命令通過允許總線主機不提供64位ROM編碼而訪問存儲器操作來節(jié)省時間。如果在總線上存在多于一個的從屬器件而且在Skip ROM命令之后發(fā)出讀命令,那么由于多個從片同時發(fā)送數(shù)據(jù),會在總線上發(fā)生數(shù)據(jù)沖突(漏極開路下拉會產(chǎn)生線與的效果)。
Search ROM( 搜索ROM)[F0h]
當系統(tǒng)開始工作時,總線主機可能不知道單線總線上的器件個數(shù)或者不知道其64位ROM編碼。搜索ROM命令允許總線控制器用排除法識別總線上的所有從機的64位編碼。
Alarm Search(告警搜索)[ECh]
此命令的流程與搜索ROM命令相同。但是,僅在最近一次溫度測量出現(xiàn)告警的情況下,DS18B20才對此命令作出響應。告警的條件定義為溫度高于TH 或低于TL。只要DS18B20一上電,告警條件就保持在設置狀態(tài),直到另一次溫度測量顯示出非告警值或者改變TH或TL的設置,使得測量值再一次位于允許的范圍之內(nèi)。貯存在EEPROM內(nèi)的觸發(fā)器值用于告警。
③存儲器操作命令
Write Scratchpad(寫暫存存儲器)[4Eh]
這個命令向DS18B20的暫存器中寫入數(shù)據(jù),開始位置在地址2。接下來寫入的兩個字節(jié)將被存到暫存器中的地址位置2和3。可以在任何時刻發(fā)出復位命令來中止寫入。
Read Scratchpad(讀暫存存儲器)[BEh]
這個命令讀取暫存器的內(nèi)容。讀取將從字節(jié)0開始,一直進行下去,直到第9(字節(jié)8,CRC)字節(jié)讀完。如果不想讀完所有字節(jié),控制器可以在任何時間發(fā)出復位命令來中止讀取。
Copy Scratchpad(復制暫存存儲器)[48h]
這條命令把暫存器的內(nèi)容拷貝到DS18B20的E2存儲器里,即把溫度報警觸發(fā)字節(jié)存入非易失性存儲器里。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時間隙,而DS18B20又正在忙于把暫存器拷貝到E2存儲器,DS18B20就會輸出一個“0”,如果拷貝結束的話,DS18B20 則輸出“1”。如果使用寄生電源,總線控制器必須在這條命令發(fā)出后立即起動強上拉并最少保持10ms。
Convert T(溫度變換)[44h]
這條命令啟動一次溫度轉(zhuǎn)換而無需其他數(shù)據(jù)。溫度轉(zhuǎn)換命令被執(zhí)行,而后DS18B20保持等待狀態(tài)。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時間隙,而DS18B20又忙于做時間轉(zhuǎn)換的話,DS18B20將在總線上輸出“0”,若溫度轉(zhuǎn)換完成,則輸出“1”。如果使用寄生電源,總線控制器必須在發(fā)出這條命令后立即起動強上拉,并保持500ms。
Recall E2(重新調(diào)整E2)[B8h]
這條命令把貯存在E2中溫度觸發(fā)器的值重新調(diào)至暫存存儲器。這種重新調(diào)出的操作在對DS18B20上電時也自動發(fā)生,因此只要器件一上電,暫存存儲器內(nèi)就有了有效的數(shù)據(jù)。在這條命令發(fā)出之后,對于所發(fā)出的第一個讀數(shù)據(jù)時間片,器件會輸出溫度轉(zhuǎn)換忙的標識:“0”=忙,“1”=準備就緒。
Read Power Supply(讀電源)[B4h]
對于在此命令發(fā)送至DS18B20之后所發(fā)出的第一讀數(shù)據(jù)的時間片,器件都會給出其電源方式的信號:“0”=寄生電源供電,“1”=外部電源供電。
④ 處理數(shù)據(jù)
DS18B20的高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成,其分配如圖3所示。當溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后,經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù),讀取時低位在前,高位在后。
DS18B20溫度數(shù)據(jù)表
上表是DS18B20溫度采集轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù),存儲在DS18B20的兩個8比特的RAM中,二進制中的前面5位是符號位,如果測得的溫度大于或等于0,這5位為0,只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度;如果溫度小于0,這5位為1,測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。
溫度轉(zhuǎn)換計算方法舉例:
例如當DS18B20采集到+125℃的實際溫度后,輸出為07D0H,則:
實際溫度=07D0H╳0.0625=2000╳0.0625=1250C。
例如當DS18B20采集到-55℃的實際溫度后,輸出為FC90H,則應先將11位數(shù)據(jù)位取反加1得370H(符號位不變,也不作為計算),則:
實際溫度=370H╳0.0625=880╳0.0625=550C。
DS18B20軟、硬件設計
本實例介紹DS18B20與單片機之間的軟、硬件接口,通過單片機來讀取DS18B20的溫度值,并將溫度值通過數(shù)碼管顯示出來。在實驗中先要將功能選擇開關調(diào)到DS18B20位置上。

上一頁 1 2 下一頁

評論


技術專區(qū)

關閉