基于单片机的温度控制系统 2(2)

计算机控制技术课程答辩（论文）

存储器和控制逻辑位和单线端口暂存器电源探测位产生器

图2－3 DS18B20内部结构

内部温度传感器上限触发下限触发

2) 非挥发的温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限值。 3) 高速暂存存储，可以设置DS18B20温度转换的精度。

DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2PRAM。高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如图1.3所示。头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。它的内部存储器结构和字节定义如图1.3所示。低5位一直为１，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。

表2－2 DS18B20内部存储器结构

Byte0 Byte1 Byte2 Byte3 Byte4 Byte5 Byte6 Byte7 Byte8

温度测量值LSB（50H） E2PROM 温度测量值MSB（50H） TH高温寄存器 TL低温寄存器 配位寄存器 预留（FFH） 预留（0CH） 预留（IOH） 循环冗余码校验（CRC） ?----? TH高温寄存器 ?----? TL 低温寄存器 ?----? 配位寄存器

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2) 非挥发的温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限值。 3) 高速暂存存储，可以设置DS18B20温度转换的精度。

DS18B20出厂时该位被设置为0，用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率,如图1.4。

图2－3 DS18B20字节定义

TM R1 R0 1 1 1 1 1

由表1.1可见，分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。

高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。第9字节读出前面所有8字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。

当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃／LSB形式表示。

当符号位S＝0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；

当符号位S＝1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。 表1.2是一部分温度值对应的二进制温度数据。

表2－4 DS18B20温度转换时间表

[6]

R1 0 0 1 1 R0 0 1 0 1 分辨率/位 9 10 11 12 温度最大转向时间/ms 93.75 187.5 375 750

表2－5 一部分温度对应值表

温度/℃ +125 +85 +25.0625 +10.125 +0.5 0 -0.5 二进制表示 0000 0111 1101 0000 0000 0101 0101 0000 0000 0001 1001 0000 0000 0000 1010 0001 0000 0000 0000 0010 0000 0000 0000 1000 1111 1111 1111 0000 十六进制表示 07D0H 0550H 0191H 00A2H 0008H 0000H FFF8H 5

续表2－5

-10.125 -25.0625 -55

4) CRC的产生

1111 1111 0101 1110 1111 1110 0110 1111 1111 1100 1001 0000 FF5EH FE6FH FC90H 在64 b ROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（CRC）。主机根据ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。

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3 DS18B20温度传感器简介

3.1 温度传感器的历史及简介

温度的测量是从金属(物质)的热胀冷缩开始。水银温度计至今仍是各种温度测量的计量标准。可是它的缺点是只能近距离观测，而且水银有毒，玻璃管易碎。代替水银的有酒精温度计和金属簧片温度计，它们虽然没有毒性，但测量精度很低，只能作为一个概略指示。不过在居民住宅中使用已可满足要求。在工业生产和实验研究中为了配合远传仪表指示，出现了许多不同的温度检测方法，常用的有电阻式、热电偶式、PN结型、辐射型、光纤式及石英谐振型等。它们都是基于温度变化引起其物理参数(如电阻值，热电势等)的变化的原理。随着大规模集成电路工艺的提高，出现了多种集成的数字化温度传感器。

3.2 DS18B20的工作原理

3.2.1 DS18B20工作时序

根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤： 1. 每一次读写之前都必须要对DS18B20进行复位； 2. 复位成功后发送一条ROM指令；

3. 最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。

复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待15～60微秒左右后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，具体工作方法如图2.1，2.2，2.3所示。

(1) 初始化时序

等待15-60主机主机复位脉冲最小480US最小480响应脉冲60~240

图3－1 初始化时序

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总线上的所有传输过程都是以初始化开始的，主机响应应答脉冲。应答脉冲使主机知道，总线上有从机设备，且准备就绪。主机输出低电平，保持低电平时间至少480us，以产生复位脉冲。接着主机释放总线，4.7KΩ上拉电阻将总线拉高，延时15～60us，并进入接受模式，以产生低电平应答脉冲，若为低电平，再延时480us

(2) 写时序

主机写\>1>1主机写\[12]

。

采样15~45样15~45采

图3－2 写时序

写时序包括写0时序和写1时序。所有写时序至少需要60us，且在2次独立的写时序之间至少需要1us的恢复时间，都是以总线拉低开始。写1时序，主机输出低电平，延时2us，然后释放总线，延时60us。写0时序，主机输出低电平，延时60us，然后释放总线，延时2us。

(3) 读时序

主机写\>1>1主机写\[8]

主机采样45主机采样45

图3－3 读时序

总线器件仅在主机发出读时序是，才向主机传输数据，所以，在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时序，以便从机能够传输数据。所有读时序至少需要60us，且在2次独立的读时序之间至少需要1us的恢复时间。每个读时序都由主机发起，至少拉低总线1us。主机在读时序期间必须释放总线，并且在时序起始后的15us之内采样总线状态。主机输出

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