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1、目录摘要1基于单片机的温度计设计21 温度计的总体设计21. 总体论述212 设计思路2 硬件说明32.1 测量输入模块3211 传感器选择21.2 DS1B2的介绍32.2 键盘输入模块82. 显示模块82.3. 602外观及尺寸82. 管脚功能92.33 操作控制923 指令说明12.4 报警模块125 低功耗设计112.1 设计思路112.5.2 0C51的低功耗措施122.5.3 分块间断供电13 软件和功能说明143 人为读取143.2 自动读取153.3 DS18B2的软件设计16心得体会7参考文献8摘要现代测温应用中,温度计向数字化方向发展。传统的机遇物理方法的温度计功能单一,而
2、数字温度计以其便携,检测精度高,功能多等优点应用的越来越广泛。随着技术的发展，一些环境比较恶劣的场合中也能觅得数字温度计的踪迹。在本文中，主要从功能组合,硬件组合,软件算法和降低功耗等几个方面探讨温度计的设计。关键词:数字传感器，低功耗，单总线基于单片机的温度计设计1温度计的总体设计.1 总体论述此次所讨论的数字温度计，除了完成基本的温度测量外，还能够满足最高最低温度设置及报警,在不同的环境中,所要求的最高温度和最低温度是不同的，因此最高温度和最低温度应能够根据环境不同而设置成不同的数值。还有些场合要求每隔一定得时间段进行读取一次数值,当相隔的时间比较长而所需要读取的数据又比较多时，认为的读取
3、就比较麻烦,因此应具备自动读取和存储若干组温度值的功能。另外,在野外工作时能够选择其工作模式以降低功耗。.2 设计思路由论述可知，所设计的这种温度计的功能是传统的物理温度计无法完成的。在分析之后决定采用以单片机TC51为核心的系统进行设计。主要有以下几个模块:测量输入模块,键盘设置模块，运算处理模块,显示模块和报警模块。有这几个模块组成的系统框图如图一所示:图一 温度计总体框图2 硬件说明2.1测量输入模块2.1传感器选择设计单片机数字温度计需要考虑以下个方面温度传感器芯片的选择;单片机和温度传感器的接口电路；控制温度传感器实现温度信息采集以及数据传输的软件。单片机的接口信号是数字信号。要想用
4、单片机获取温度这类非电信号的信息，必须使用温度传感器,将温度信息转换为电流或电压输出。如果转换后的电流或电压输出是模拟信号，还必须进行A/D转换,以满足单片机接口的需要。传统的温度检测大多以热敏电阻作为温度传感器。但是,热敏电阻的可靠性较差、测量温度准确率低,而且还必须经专门的接口电路转换成数字信号后才能由单片机进行处理。20世纪90年代中期出现了智能温度传感器（亦称数字温度传感器）。智能温度传感器的内部都包含温度传感器、/D转换器、信号处理器、存储器（或寄存器)和接口电路,其特点是能直接输出数字化的温度数据及相关的温度控制量,适配各种微控制器(C)。其中D18B0就是一种应用相当广泛的单总线
5、数字温度传感器,它结构简单、不需外接元件,采用一根O数据线既可供电又可传输数据、并可设置温度报警界限等特点,广泛用于工业、民用等领域的温度测量中。21.2DS820的介绍1 S18B20芯片简介D18B2是美国DALS半导体器件公司推出的单总线数字化智能集成温度传感器。单总线(-Wir）是DALS公司的一项专有技术,它采用单根信号线,既传输时钟又传输数据,而且数据传输是双向的，具有节省/口线资源、结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等诸多优点。与其它温度传感器相比,D1B2具有以下特性:独特的单线接口方式,在与微处理器连接时仅需要一条接口线即可实现微处理器与DS18B0的双向通信。DSB20
6、支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的信号线上,实现多点测温。DS1820在使用中不需要任何外围元件。测温范围-5+12,固有测温分辨率06。测量结果以91位数字量方式串行传送。2 S1B20内部结构D8B20内部结构主要由四部分组成:4位光刻ROM,温度传感器,非挥发的温度报警触发器TH和L，高速暂存器。4位光刻RO是出厂前被光刻好的，它可以看作是该D18B2的地址序列号。DSB20的管脚排列如图2所示。图2 DS1B20引脚分布图引脚功能如下:NC:空引脚,悬空不使用;V：可选电源脚,电源电压范围3.5V。工作于寄生电源时,此引脚应接地;DQ:数据输入输出脚,漏极开路,常态下
7、高电平。D820的核心功能部件是它的数字温度传感器,其分辨率可配置为9、0、11和12位,出厂默认设置为12位分辨率,对应的温度值分辨率分别为0.5、025、0.12和.025。温度信息的低位、高位字节内容中,还包括了符号位(是正温度还是负温度)和二进制小数部分,具体形式为:低位字节:MS2322122-122LSB32-4高位字节:MSBSSSS6L24这是1位分辨率的情况,如果配置为低的分辨率，则其中无意义位为。实测温度和数字输出的对应关系如表所示。表1实测温度和数字输出的对应关系温度/数字输出（二进制)数字输出(十六进制）+15000 111 11 00007DH+8000 0101 0
8、101 00000550+25025000 0 01 10191H+10.125000 0000 10 00100A2H+0500000000 0000 00000800 000000 00000000-.51111 111111 100FFFH10511 1111 101 110F5EH.625111100110 111FF6FH-551 0 001 000F90H在Dl8B0完成温度变换之后,温度值与储存在T和T内的告警触发值进行比较。由于是8位寄存器，所以912位在比较时忽略。TH或T的最高位直接对应于16位温度寄存器的符号位。如果温度测量的结果高于H或低于T,那么器件内告警标志将置位,
9、每次温度测量都会更新此标志。只要告警标志置位,D8B2就将响应告警搜索命令，这也就允许单线上多个DSl82同时进行温度测量,即使某处温度越限,也可以识别出正在告警的器件。3 S1B20控制方法 DS18有六条控制命令，如表所示: 指 令 约定代码操作 说 明温度转换 44H 启动DS18B20进行温度转换 读暂存器 BEH读暂存器9个字节内容 写暂存器H 将数据写入暂存器的TH、TL字节 复制暂存器 48H 把暂存器的、T字节写到E2RM中 重新调2RAM H 把EA中的TH、TL字节写到暂存器T、T字节 读电源供电方式 B4H 启动DS18B2发送电源供电方式的信号给主CPU 4 18B20
10、的通信协议18B0器件要求采用严格的通信协议，以保证数据的完整性。该协议定义了几种信号类型:复位脉冲,应答脉冲时隙;写0，写1时隙；读0,读1时隙。与DS18B2的通信，是通过操作时隙完成单总线上的数据传输。发送所有的命令和数据时，都是字节的低位在前,高位在后。复位和应答脉冲时隙每个通信周期起始于微控制器发出的复位脉冲，其后紧跟S18B20发出的应答脉冲,在写时隙期间，主机向DS8B20器件写入数据，而在读时隙期间，主机读入来自DS182的数据。在每一个时隙,总线只能传输一位数据。时序图见图3。写时隙当主机将单总线DQ从逻辑高拉到逻辑低时,即启动一个写时隙，所有的写时隙必须在6010us完成,
11、且在每个循环之间至少需要1s的恢复时间。写和写1时隙如图所示。在写时隙期间,微控制器在整个时隙中将总线拉低；而写时隙期间,微控制器将总线拉低，然后在时隙起始后15之释放总线。时序图见图4。读时隙DSB0器件仅在主机发出读时隙时,才向主机传输数据。所以在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时隙,以便S8B0能够传输数据。所有的读时隙至少需要60us,且在两次独立的读时隙之间,至少需要1的恢复时间。每个读时隙都由主机发起，至少拉低总线1u。在主机发起读时隙之后,DS18B器件才开始在总线上发送或1,若D1B20发送1,则保持总线为高电平。若发送为，则拉低总线当发送0时，DS18B20在该时隙结束后
12、，释放总线,由上拉电阻将总线拉回至高电平状态。S18B20发出的数据,在起始时隙之后保持有效时间为1u。因而主机在读时隙期间，必须释放总线。并且在时隙起始后的5之内采样总线的状态。时序图见图4。图3 复位和应答脉冲时隙图 读写时序.2 键盘输入模块键盘模块使用的是四个键，分别命名为enter、one、和-。ntr为选择要调节的参数，done为确定并退出，+和为参数菜单的选择。在开机时按eter键进入一级菜单，然后按+和-进行选择要调节的参数,按enr键锁定该参数进行调节，在这段过程的任一时间按done键确定并退出。菜单如表2所示:表2 相关参数菜单一级菜单二级菜单三级菜单工作模式正常模式（默认
13、）低功耗模式温度极限最大值（按和-调整)最小值（按+和-调整)读取方式人为读取自动读取间隔时间（按+和-调整)读取组数（按+和-调整）数据查看读取（按+和-翻看)删除(删除已存数据）2.3 显示模块显示部分采用液晶显示器1602，能够同时显示162即32个字符。（列行)其相关介绍见下文。.3. 1602外观及尺寸0液晶显示器的外观如图5所示：图5 液晶显示器162外观02的外形尺寸如图6所示：图1602的外形尺寸.32 管脚功能1602采用标准的16脚接口，其中：第脚：VSS为电源地第2脚：VDD接5电源正极第脚:V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高(对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度)。第脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚：R为读写信号线,高电平（1)时进行读操作，低电平(0）时进行写操作。第6脚:E(或)端为使能(eable)端。第14脚：D0D为8位双向数据端。第151脚:空脚或背灯电源。15脚背光正极，6脚背光负极2.
