基于DS18B20的温度测量系统江阴职业技术学院电子信息工程系 朱志强摘 要本文介绍了DALLA S公司生产的单总线数字温度传感器DS18B20的功能特点,分析了其工作时序,结合 A T89C51给出了数字温度计的硬件接口电路及软件设计方法。和传统模拟传感器装置相比,系统更精确更可靠。 关键词DS18B20 单总线 A T89C511引言 在工农业生产和科学研究中,温度的测量和控制有着非常 重要和广泛的应用。温度测量系统的传统方法是使用模拟温度 传感器和信号处理电路相组合,其缺点是易受干扰且精度不高。 目前国际上新型温度传感器正向数字式、 智能化、 网络化的方向 飞速发展,本文介绍的测温系统就是使用了可编程数字温度传 感器DS18B20。DS18B20将温度传感、A?D转换、 寄存器、 接口 电路集成于一个芯片中,且具有直接数字输出功能,将其与 A T89C51单片机结合实现测温系统,能使系统成本低、 抗干扰 能力强,易于使用。 2系统硬件设计与实现 2. 1温度传感器1)DS18B20的性能特点DS18B20是DALLA S公司推出的增强型单总线温度传感 器。其测量温度值能够被直接读出,适应电压范围更宽,电源电 压范围: 3. 05. 5V ,也可采用寄生电源方式由数据线供电。测 温范围为- 55 + 125,可编程的A?D转换精度为912 位,对应的 可 分 辨 温 度 分 别 为0. 5、0. 25、0. 125和 010625,可实现高精度测温。被测温度用带符号位的16位数 串行输出,同时可传送CRC校验码,具有极强的抗干扰纠错能 力。 单片机只需1根端口线就能与DS18B20双向通信,占用微处 理器的端口较少,可节省大量的外围电路。2)DS18B20的内部结构 DS18B20内部结构主要由四大部分组成: 64位光刻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的内部结构如图1所示。光刻ROM中的64位序列号是出厂前被刻好的。64位码的 排列顺序是,开始8位为产品类型标号(DS18B20为28H),接着 的48位是该DS18B20自身的序列号,这也是每个器件的唯一编 码,最后8位是前面56位的循环冗余校验码。光刻ROM的作用 是使每一个DS18B20序列号都各不相同,这样就可以实现一根 总线上挂接多个DS18B20的目的。 DS18B20测温原理如图2所示。图中低温度系数晶振的振 荡频率受温度影响很小,用于产生固定频率脉冲信号送给计数 器1。高温度系数晶振振荡频率随温度变化明显,所产生的信号 作为计数器2的脉冲输入。 计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当计数器1的预置值减到0时,温度寄存 器的值将加1,计数器1的预置初值将被重新装入,计数器1重新 开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直 到计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄 存器中的数值即为所测温度。图2中的斜率累加器用于补偿和 修正测温过程中的非线性,其输出用于修正计数器1的预置值。 DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量,以12位转 换为例:用16位带符号的二进制补码读数形式提供,其中S为符 号位,低4位表示最低可分辨温度为1?16即0. 0625。 如下表所 示:69科技信息高校理科研究 2. 2硬件原理图3系统软件设计 单总线系统的所有处理都从初始化开始,初始化时序由主 机发出的复位脉冲和返回的应答脉冲组成。主机接收到返回应 答脉冲后,就可以开始对从机进行ROM命令和存储器操作命 令,使DS18B20完成温度测量并将测量结果存入高速暂存器 中,然后读出此结果。 所有的单总线器件要求采用严格的信号时序,以保证数据 的完整性。DS18B20共有6种信号类型:复位脉冲、 应答脉冲、 写0、 写l、 读0和读l。所有这些信号,除了应答脉冲以外,都由主机发出同步信号。并且发送所有的命令和数据都是字节的低位在 前。详细的时序图、ROM操作命令、 存储器操作命令可参见DSl8B20数据手册。 系统软件设计流程如下,先复位DS18B20,然后由A T89C51 发出转换指令,得到实际的温度值,将采集到的温度暂存在A T89C51内部存储器中,再送显示模块显示温度值。DS18B20温度采集框图如图4所示: 单片机对DS18B20进行写操作的子程序代码如下:WR ITE : CLR CMOV R7, # 8 ;发送1个字节WR ITE1: CLR DQ ;产生写信号LCALL DELA Y ;延时20sRRC AMOV DQ ,C ;发送一位数据给DS1820LCALL DELA Y ;延时20sSETB DQNOPDJN Z R7,WR ITE1 ;字节是否发送完SETB DQRET4结束语DS18B20是目前较流行的单总线温度传感器之一,本设计 是以51单片机对其进行控制的。测温系统设计时虽接口简单, 但在编程时应严格按照时序。该系统可以测量固体、 气体等温 度,在工业上也有广泛的应用价值。参考文献1沙占友,王晓君,马洪涛等.智能化集成温度传感器原理 与应用.机械工业出版社, 20022肖志飞,张铁肩,孙秋桐.基于DS18B20的单总线温度 巡检系统.电子工程师, 2005(12)3马云峰.单片机与数字传感器DS18B20的接口设计.计 算机测量与控制, 2002(4)79科技信息高校理科研究