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1、任务18 制作数字温度计2011年元月26日修改校对完毕任务18制用数字温度计【任务要求】单片机的fosc=11.0592MHz，用P3.7口线作单总线，控制单总线接口芯片DS18B20，用P1、P2两个并行口控制3位数码管的显示，P1口作段选口，P2口作位选口，定时/计数器T1作扫描定时器，使3位数码管扫描显示不超过99的环境温度，其中0号数码管显示温度值的个位，1号数码管显示温度值的十位，2号数码管显示温度的符号。温度为正时，符号位不显示；温度为负时，显示负号“”。【相关知识】任务18所涉及到的新知识主要是单总线接口芯片DS18B20的应用特性。包括DS18B20的引脚功能、单片机与DS1
2、8B20的接口电路、DS18B20的内部结构、DS18B20的操作时序、DS18B20的访问命令和单片机访问DS18B20的方法等。1DS18B20的引脚功能DS18B20是Dallas公司生产的具有单总线接口的数字化温度传感器，其测温范围为-55+125，具有0.5、0.25、0.125和0.0625四种温度转换精度，可以编程选择其测温转换精度，最长温度转换时间为750ms，温度读数为16位的补码数据，具有非易失性的上下限报警温度设定功能，可以编程设定报警温度的上、下限值，广泛地应用于空调、恒温控制器等家用电器以及其它温度报警系统中。DS18B20具有3引脚的T0-92和8引脚的SOP8两种
3、封装形式，各封装形式的引脚分布如图7-76所示，各引脚的功能如表7-19所示。图7-76 DS18B20引脚分布图表7-19 DS18B20引脚功能引脚功 能NC空引脚，不与任何电路相接GND接地脚，接电源地DQ数据输入/输出脚，接单总线VDD可选的供电电源引脚，接正电源或悬空2单片机与DS18B20的接口电路单片机与DS18B20的接口电路如图7-77所示。图7-77 DS18B20与单片机的接口电路图图中，单片机用一根I/O口线作单总线，DS18B20的VDD引脚接+3+5V的外部电源，GND引脚接地，DQ引脚接单总线。在接口电路中，单总线上必须接有一个4.7K10K的上拉电阻，以保证总线
4、空闲时，总线呈高电平状态。【说明】由于单片机的I/O口驱动能力有限，单总线上挂接的DS18B20不能超过8个，否则需要对总线进行驱动。总线上的分布电容也会使信号发生畸变，使用普通电缆时，传输长度不能超过50m，如果使用双绞线传输，传输长度可达到150m。3DS18B20的内部结构DS18B20的内部主要由64位光刻ROM、高速缓存RAM、EEPROM存储器、温度传器、单总线接口、存储与控制逻辑、寄生电源等几部分组成。从编程的角度来说，用户所需要掌握的是其内部存储组织结构和各类访问命令。DS18B20的存储组织包括64位光刻ROM、高速缓存RAM、E2PROM存储器，其中高速缓存RAM与E2PR
5、OM存储器的结构如图7-78所示。图7-78 RAM与EEPROM结构图64位激光ROM：共8个字节，只读不能写，用来保存芯片的ROM序列号，即ID标识码。各器件的ID标识码全球唯一，用作器件寻址。高速缓存RAM：共9个字节，用来存放各类数据。各字节的作用如下：字节0、字节1：存放当前16位的温度转换结果，字节1为高字节，字节0为低字节。其数据为16位补码形式，格式如下： D15 D14 D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0SSSSS262524232221202-12-22-32-4字节1的内容 字节0的内容各位的含义如下：D15D11：共5位，符号位S，用来表示
6、温度值的正负。S=0：温度值为正，S=1：温度值为负。D10D4：共7位，温度值的整数位。D3D0：共4位，温度值的小数位。这4位并非在所有分辨率下均有效。分辨率为9位时，D3(2-1位)有效，D2D0无效；分辨率为10位时，D3、D2有效，D1、D0无效；分辨率11位时，D3D1有效，D0无效；分辨率为12位时，D3D0均有效。无效位的值为0，有效位的值为实际温度值。字节2、字节3：依次为高温触发器TH和低温触发器TL，用来临时存放用户设定的报警温度的上限值和下限值。DS18B20完成温度转换后，就会将温度测量值与这两个字节中的温度上、下限值相比较，如果测量值高于TH中的值或者低于TL中的值
7、，就会自动地将内部报警标志位置位，该DS18B20就能够响应随后单片机发出的第一个报警搜索命令，否则就不响应报警搜索命令。字节4：配置寄存器，用来临时存放用户设定的配置数据。配置寄存器的结构如下：D7D6D5D4D3D2D1D00R1R011111其中，R1、R0为温度转换精度的选择控制位，它们的取值组合与分辨率的关系如表7-20所示。 表7-20R1R0的取值组合与分辨率的关系R1R0分辨率转换精度最大转换时间009位0.50C93.75ms0110位0.250C187.5ms1011位0.1250C375ms1112位0.06250C750ms从表7-20中可以看出，选用不同的分辨率时，D
8、S18B20的温度转换时间不同。在实际应用中，应根据需要合理地选择分辨率，以便提高DS18B20的温度转换速度。字节5字节7：保留字节。字节8：CRC校验字节，其内容为高速缓存RAM的前8个字节内容的冗余循环校验值。E2PROM存储器：共3个字节，分别与高速缓存RAM的字节2(TH)、字节3(TL)、字节4(配置寄存器)相对应，用来保存用户对DS18B20的设定值。【说明】单片机读写温度触发数据或配置数据时，是对高速缓存RAM中的对应字节进行读写。复制高速缓存RAM命令0x48是将RAM中这3个字节的内容保存到E2PROM中。复制这3个字节数据时，必须在DS18B20复位之前一次性地复制完毕，
9、否则本次复制数据全部无效。每次上电复位时DS18B20都会自动地用E2PROM中的内容分别对这3个字节进行刷新。4DS18B20的操作时序DS18B20的访问操作包括初始化操作、读数操作和写数操作，这3种操作时序是编写DS18B20访问程序的基础。初始化时序初始化的作用是确定系统中是否存在DS18B20，如果存在，则初始化成功，可以进行后续的读写操作。否则，初始化失败，不可进行后续的读写访问。在单总线通信中，这一过程也叫启动单总线通信阶段。初始化的时序图如图7-79所示。图7-79启动通信时序图初始化的时序参数如表7-21所示。表7-21初始化的时序参数参数含义参数值单位最小典型最大tRST单
10、片机产生的启动脉冲的宽度480960stREC单片机的接收数据阶段持续时间480960stDLDS18B20发送应答信号的延迟时间1560stACKDS18B20产生的应答信号的脉冲宽度60240s从图7-79中可以看出，初始化的过程如下：单片机先在单总线上产生宽度为tRST的低电平，用来启动设备联络，然后产生由低到高的上升沿，单片机释放总线，并进入接收模式阶段。接收模式阶段的持续时间tREC为480s960s。DS18B20在单片机产生由低到高的上升沿后，再过tDL时间就向总线上发出宽度为tACK的低电平，此低电平为DS18B20的应答信号。单片机在tACK时间段内读总线上的信号电平，如果读
11、到总线上有低电平的应答脉冲，则表示系统中有DS18B20在线，启动单总线通信成功。再过tRECtDLtACK时间后就可以对DS18B20进行后续的读写操作，否则启动单总线通信失败，不可进行后续的读写操作。设单片机用P1.0口线充当单总线，单总线的定义如下：sbitdq=P10;/定义单总线从初始化过程中可以看出，初始化单总线的方法是，单片机先拉低总线(dq=0)，延时500s后释放总线(dq=1)，过60s后读总线上的应答信号，再过500s后结束初始化过程。在读总线上的应答信号时，若读得总线为低电平，则表示系统中有DS18B20在线，初始化成功，否则初始化失败。初始化流程图如图7-80所示。图
12、7-80初始化流程图初始化程序如下：bitinit_ow(void)bitflag;/定义位变量dq=0;/拉低总线，启动单总线通信delay500us();/延时500s(低电平宽500s)dq=1;/产生上升沿，释放总线delay60us();/延时60sflag=dq;/读总线上的应答信号delay500us();/延时500s，保证高电平持续时间为480s960sreturnflag;/返回应答，便于后续程序判断【说明】DS18B20是典型的单总线接口芯片，其操作时序也是单总线的操作时序，初始化程序以及后续介绍的读写程序也适合其他单总线接口芯片。读数操作时序单片机从DS18B20中读数
13、时，DS18B20是以字节为单位向单总线发送数据的，先发送低位，后发送高位。单片机从DS18B20中读取一位数据的时序如图7-81所示。图7-81读一位数据时序图读一位数据的时序参数如表7-22所示。表7-22读一位数据的时序参数参数含义参数值单位最小典型最大tSRD单片机产生的启动读脉冲的宽度1tSRD15stDDS18B20发送数据的时间153060stRDC单片机读一位数据时，读数期持续时间60stREC读恢复期持续时间1s图7-81和表7-22传达了以下信息：单片机从DS18B20中读取一位数据分为读数期和读恢复期2个阶段。读数期内完成一位数据的读，读数期从单片机产生由高到低的下降沿开
14、始，持续的时间tRDC60s。单片机从DS18B20中读取一位数据时，首先通过单总线向DS18B20发送一个启动脉冲，启动脉冲为低电平有效，宽度tSRD为1stSRD15s。DS18B20在单片机发送由高到低的下降沿后，过tD 时间就将内部数据移送到总线上，15stD60s。单片机必须在产生下降沿后15s内释放总线，并在tD时间从总线上读取DS18B20移送的数据。读数期结束后进入读恢复期，读恢复期内单片机释放总线，DS18B20准备发送下一位数据，读恢复期的持续时间tREC1s。根据读数时序，单片机从DS18B20中读取一个字节数据的流程图如图7-82所示。图7-82字节读流程图字节读程序如下：ucharrdbyte(void)uchari,m;for(i=0;i1;if(dq)m=m|0x80;
