设计一个用数字电路实现的温度计,给出原理框图（利用DS18B20设计数字温度计）

设计一个用数字电路实现的温度计,给出原理框图（利用DS18B20设计数字温度计）DS18B20为三引脚元件，外形同普通三极管，引脚功能详见下表。1.引脚功能（2）具有3引脚小体积封装方式，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；（3）测温范围为－550C～＋1250C；二、DS18B20内部结构

一、DS18B20简介

传统的温度检测元件有热敏电阻和热电偶。这些检测元件将所测温度信号转换为模拟电信号输出，需再经A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号后送至单片机电路处理。采用这种温度检测方法，系统硬件电路与软件编程都相对复杂。

本文设计采用数字温度传感器DS18B20作为温度检测元件，测温范围为－55～125OC。DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用3线制与单片机相连，硬件电路简单，节省系统成本并提高了系统可靠性。DS18B20主要具有以下特点：

（1）采用单总线（1-wirebus）通信方式，仅需一条口线即可实现与单片机进行数据传输；

（2）具有3引脚小体积封装方式，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；

（3）测温范围为－550C～＋1250C；

二、DS18B20内部结构

1.引脚功能

DS18B20为三引脚元件，外形同普通三极管，引脚功能详见下表。

序号	名称	引脚功能描述
1	GND	电源地
2	DQ	为数据（数字信号）输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源；
3	VDD	为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时此引脚必须接地）

2.DS18B20内部结构

DS18B20主要由64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、及配置寄存器等组成。

三、DS18B20工作命令

工作时，DS18B20主机（单片机）可以使用各种命令对DS18B20进行操作。操作过程为:初始化DS18B20、发ROM功能命令、发存储器操作命令。

1．读ROM [33H]

这个命令允许总线控制器读到DS18B20的8位系列编码、唯一的序列号和8位CRC码。只有在总线上存在单只DS18B20的时候才能使用这个命令。如果总线上有不止一个从机，当所有从机试图同时传送信号时就会发生数据冲突。

2．匹配 ROM [55H]

这个是匹配ROM命令，后跟64位ROM序列，让总线控制器在多点总线上定位一只特定的DS18B20。只有和64位ROM序列完全匹配的DS18B20才能响应随后的存储器操作。所有和64位ROM序列不匹配的从机都将等待复位脉冲。这条命令在总线上有单个或多个器件时都可以使用。

3．跳过 ROM [0CCH]

这条命令允许总线控制器不用提供64位ROM编码就使用存储器操作命令，在单点总线情况下，可以节省时间。如果总线上不止一个从机，在Skip ROM命令之后跟着发一条读命令，由于多个从机同时传送信号，总线上就会发生数据冲突。

4．搜索 ROM [0F0H]

当系统初次启动时，总线控制器可能并不知道单线总线上有多少器件或它们的64位ROM编码。搜索ROM命令允许总线控制器用排除法识别总线上的所有从机的64位编码。

5．报警搜索[0ECH]

这条命令的流程和Search ROM相同。然而，只有在最近一次测温后遇到符合报警条件的情况，DS18B20才会响应这条命令。报警条件定义为温度高于TH或低于TL。只要DS18B20不掉电，报警状态将一直保持，直到再一次测得的温度值达不到报警条件。

6．写暂存存储器 [4EH]

这个命令向DS18B20的暂存器TH和TL中写入数据。可以在任何时刻发出复位命令来中止写入。

7．写暂存存储器[0BEH]

这个命令读取暂存器的内容。读取将从第1个字节开始，一直进行下去，直到第9字节读完。如果不想读完所有字节，控制器可以在任何时间发出复位命令来中止读取。

8．拷贝暂存存储器[48H]

这个命令把暂存器的内容拷贝到DS18B20的E2ROM存储器里，即把温度报警触发字节存入非易失性存储器里。如果总线控制器在这条命令之后跟着发出读时间隙，而DS18B20又忙于把暂存器拷贝到E2PROM，DS18B20就会输出一个0，如果拷贝结束的话，DS18B20则输出1。如果使用寄生电源，总线控制器必须在这条命令发出后立即启动强上拉并最少保持10ms。

9．温度转换[44H]

这条命令启动一次温度转换而无需其它数据。温度转换命令被执行，而后DS18B20保持等待状态。如果总线控制器在这条命令之后跟着发出时间隙，而DS18B20又忙于做温度转换的话，DS18B20将在总线上输出0，若温度转换完成，则输出1。如果使用寄生电源，总线控制器必须在发出这条命令后立即启动强上拉，并保持500ms以上时间。

10．重新调出[0B8H]

这条命令把报警触发器里的值拷贝回暂存器。这种拷贝操作在DS18B20上电时自动执行，这样器件一上电暂存器里马上就存在有效的数据了。若在这条命令发出之后发出读数据时间隙，器件会输出温度转换忙的标识：0为忙，1为完成。

11．读电源 [0B4H]

若把这条命令发给DS18B20后发出读时间隙，器件就会返回它的电源模式：0为寄生电源，1为外部电源。

四、DSl8B20工作时序

作为单总线器件，DSl8B20与单片机间采用串行数据传输方式，要求按照严格的时隙进行操作。主机使用时间隙来读写DSl8B20的数据位和写命令字的位（在此所有程序均采用12M晶振），单片机P3.7引脚接DSl8B20数据线。

1．初始化DS18B20

对DS18B20操作时首先要进行初始化：单片机发出复位脉冲，DS18B20以存在脉冲响应。当DS18B20发出存在脉冲对复位脉冲响应时，表明该器件已在总线上并作好操作准备。

初始化时序见图。主机总线to时刻发送一复位脉冲(最短为480us的低电平信号)，接着在tl时刻释放总线并进入接收状态。DS18B20在检测到总线的上升沿之后等待15-60us接着DS18B20在t2时刻发出存在脉冲(低电平持续60-240 us)如图中虚线所示。

2.写DS18B20

DS18B20有两种类型的写时序：写0时序和写1时序。

当主机总线to时刻从高拉至低电平时就产生写时间隙。从to时刻开始15us之内应将所需写的位送到总线上，DS18B20在t0后15-60us间对总线采样 若为低电平，则写入的位是0，见图；若为高电平，则写入的位是1，见图。连续写2位间的间隙应大于1us。

3.读DS18B20

当单片机发出读时序时，DS18B20可发送数据到单片机。所有读时序必须持续60 us以上，每个时序之间发须有至少1us的恢复时间。

下图中，主机在to时刻将总线从高电平拉至低电平时，至少在1us后t1时刻将总线拉高，产生读时间隙，读时间隙在t1时刻后到t2时刻前有效。T2距to为15us。也就是说t2时刻前主机必须完成读位，并在to后的60us一120us内释放总线。

五、设计任务描述

利用单片机89S51与DS18B20设计一数字温度计，测温范围－55～125 OC，显示精度为0.1OC。采用4位LED数码管显示温度，一位小数、三位整数。正温度时，最高位显示百位温度或不显示，负温度时最高位显示符号“－”。系统采用12M晶振。

1、硬件电路设计

DS18B20典型应用电路见图9-8所示。DS18B20数据端接至单片机P3.7引脚，采用四位数码管显示温度值（3位整数，一位小数）。

2、软件设计

系统程序主要包括主程序、温度转换子程序、温度BCD码转换子程序、显示缓冲区刷新子程序等。

主程序

主程序的主要功能是进行温度转换、温度BCD码转换、显示缓冲区刷新及温度显示等，见流程图。

温度转换子程序

该子程序的功能是启动DS18B20温度转换，并将DS18B20RAM中的前两个字节温度数据读入单片机指定存储单元中。

温度BCD码转换子程序

该子程序的功能是判别所测温度的正负值，并将其小数及整数部分分别转换成BCD码，再存入单片机指定的温度存储单元中。

从DS18B20读取出的二进制值必须先换成十进制值，才能用于字符的显示。因为DS18B20的转换精度为9～12位可选，为了提高精度采用12位。在采用12位转换精度时，温度寄存器里的值是以0.0625为步进的，即温度值为温度寄存器里的二进制值乘以0.0625，就是实际的十进制温度值。通过观察表9-5可以发现一个十进制值和二进制值之间有很明显的关系，就是把二进制的高字节的低半字节和低字节的高半字节组成一个字节，这个字节的二进制值化为十进制值后，就是温度值的百、十、个位值，而剩下的低字节的低半字节化成十进制后，就是温度值的小数部分。小数部分因为是半个字节，所以二进制值范围是0～F，转换成十进制小数值就是0.0625的倍数（0～15倍）。

六、源程序清单

;工作内存定义

TEMPL EQU 26H ;存放二进制温度低字节

TEMPH EQU 27H ;存放二进制温度高字节

TEMPHC EQU 28H ;存放温度个位及小数位

TEMPLC EQU 29H ;存放温度百位（或符号位）及十位数

ORG 0000H

MOV SP #60H

START: LCALL READTEMP ;调温度转换子程序

LCALL CONVTEMP ;调温度BCD码转换子程序

LCALL DISPNEW ;调显示缓冲区刷新子程序

LCALL DISP ;调显示子程序 ;

LJMP START

;复位ds18B20子程序

initds1820: SETB P3.7 ;置位

NOP ;空操作

CLR P3.7 ;清零

MOV R2 #250 ;主机发出延时500微秒的复位低脉冲

DJNZ R2 $ ;自减（-1）循环

SETB P3.7 ;然后拉高数据线

MOV R2 #30

DJNZ R2 $ ;延时60us等待DS18B20回应

JNB P3.7 INIT1

JMP initds1820 ;超时而没有响应 重新初始化

INIT1: MOV R2 #120

DJNZ R2 $ ;延时240us

JB P3.7 INIT2 ;数据变高，初始化成功

JMP initds1820

INIT2: MOV R2 #240

DJNZ R2 $

RET

;从DS18B20中读出一个字节数据子程序

READDS1820: MOV R7 #08H

SETB P3.7

NOP

NOP

RDLOOP: CLR P3.7

NOP

NOP

NOP

SETB P3.7

MOV R6 #07H ;延时 15us

DJNZ R6 $

MOV C P3.7

MOV R6 #3CH ; 延时120us

DJNZ R6 $

RRC A

SETB P3.7

DJNZ R7 RDLOOP

MOV R6 #3CH ; 延时120 us

DJNZ R6 $

RET

;向DS18B20中写一个字节数据子程序

WRITEDS1820: MOV R7 #08H

SETB P3.7

NOP

NOP

WRLOP: CLR P3.7

MOV R6 #07H ; 延时15 us

DJNZ R6 $

RRC A

MOV P3.7 C

MOV R6 #34H ; 延时104 us

DJNZ R6 $

SETB P3.7

DJNZ R7 WRLOP

RET

;温度转换子程序

READTEMP: LCALL INITDS1820

MOV A #0CCH

LCALL WRITEDS1820 ; 跳过ROM匹配

MOV A #44H

LCALL WRITEDS1820 ;写入转换命令

MOV R6 #34H

DJNZ R6 $

READTEMP1: LCALL INITDS1820 ; 读出两字节温度子程序

MOV A #0CCH

LCALL WRITEDS1820 ; 跳过ROM匹配

MOV A #0BEH

LCALL WRITEDS1820 ;读暂存器

MOV R5 #02H

MOV R0 #TEMPL

READTEMP2: LCALL READDS1820 ;读一个字节

MOV @R0 A

INC R0

DJNZ R5 READTEMP2 ;未读完继续

RET

;处理温度数据并转换为BCD码子程序

CONVTEMP: MOV A TEMPH ;取高位字节符号位

ANL A #80H

JZ TEMPC1 ;温度为正转移

CLR C

MOV A TEMPL ;温度为负求补码

CPL A

ADD A #01H

MOV TEMPL A

MOV A TEMPH

CPL A

ADDC A #00H

MOV TEMPH A

MOV TEMPHC #0BH ;TEMPHC HI=符号位（－）

SJMP TEMPC11

TEMPC1: MOV TEMPHC #0AH ; 温度为正，符号位不显示，置码为0AH

TEMPC11: MOV A TEMPHC

SWAP A

MOV TEMPHC A

MOV A TEMPL ;小数位乘 0.0625转为BCD码（采用查表法）

ANL A #0FH

MOV DPTR #TEMPDOTTAB

MOVC A @A DPTR

MOV TEMPLC A ;TEMPLC LOW=小数部分BCD

MOV A TEMPL ;将两字节温度组合为一字节整数温度

ANL A #0F0H

SWAP A

MOV TEMPL A

MOV A TEMPH

ANL A #0FH

SWAP A

ORL A TEMPL

LCALL HEX2BCD1 ;将整数温度转换为BCD码

MOV TEMPL A

ANL A #0F0H

SWAP A

ORL A TEMPHC ;TEMPHC LOW= 十位数BCD

MOV TEMPHC A

MOV A TEMPL

ANL A #0FH

SWAP A ;TEMPLC HI=个位数BCD

ORL A TEMPLC

MOV TEMPLC A

MOV A R7

JZ TEMPC12

ANL A #0FH

SWAP A

MOV R7 A

MOV A TEMPHC ;TEMPHC HI=百位数BCD

ANL A #0FH

ORL A R7

MOV TEMPHC A

TEMPC12: RET

;小数部分代码表

TEMPDOTTAB: DB 00H 01H 01H 02H 03H 03H 04H 04H 05H 06H

DB 06H 07H 08H 08H 09H 09H

;显示区缓冲区刷新子程序

DISPNEW: MOV A TEMPLC ;小数位置70H中

ANL A # 0FH

MOV 70H A

MOV A TEMPLC ;个位置71H中

SWAP A

ANL A #0FH

MOV 71H A

MOV A TEMPHC ;十位置72H中

ANL A #0FH

MOV 72H A

MOV A TEMPHC ;百位或“－”符号位置73H中

SWAP A

ANL A #0FH

MOV 73H A

RET

;显示子程序

DISP: MOV R1 #70H ;指向显示数据首址

MOV R5 #0FEH ;扫描控制字初值

PLAY: MOV P0 #0FFH

MOV A R5 ;位控码放入A

MOV P2 A ;从P2口输出

MOV A @R1 ; 取显示数据到A

MOV DPTR #TAB ;取段码表地址

MOVC A @A DPTR ;查显示数据对应段码

MOV P0 A ; P0输出段码

MOV A R5

JB ACC.1 LOOP5 ;小数点处理

CLR P0.7

LOOP5: LCALL DL1MS ;显示1ms

INC R1 ;指向下一地址

MOV A R5 ;扫描控制字放入A

JNB ACC.3 ENDOUT ;ACC.3=0时一次显示结束

RL A ;A中数据循环左移

MOV R5 A ;放回R5内

AJMP PLAY ; 跳回PLAY循环

ENDOUT: MOV P0 #0FFH ;一次显示结束，P0口复位

MOV P2 #0FFH ;P2口复位

RET ;子程序返回

TAB: DB 0C0H 0F9H 0A4H 0B0H 99H 92H 82H 0F8H 80H 90H 0FFH 0BFH

;共阳段码表 "0" "1" "2" "3" "4" "5" "6" "7" "8" "9" "不亮" "-"

DL1MS: MOV R6 #14H ;1ms延时子程序

DL1: MOV R7 #19H

DL2: DJNZ R7 DL2

DJNZ R6 DL1

RET

;单字节十六进制转BCD

HEX2BCD1: MOV B #064H

DIV AB ; B=A0

MOV R7 A ; R7=百位数

MOV A #0AH

XCH A B

DIV AB ;B=A%B

SWAP A

ORL A B

RET

END