标题:
基于AT89C51和DS18B20的最简温度测量系统
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作者:
Bazinga
时间:
2014-5-6 19:58
标题:
基于AT89C51和DS18B20的最简温度测量系统
l引 言
温度的测量和控制在激光器、光纤光栅的使用及其他的工农业生产和科学研究中应用广泛。温度检测的传统方法是使用诸如热电偶、热电阻、
半导体
PN结之类的模拟温度
传感器
。信号经取样、放大后通过模数转换，再交自
单片机
处理。被测温度信号从温敏元件到单片机，经过众多器件，易受干扰、不易控制且精度不高。因此，本文介绍一种新型的可编程温度传感器DS18B20，他能代替模拟温度传感器和信号处理电路，直接与单片机沟通，完成温度采集和数据处理。DS18B20与AT89C51结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。
2温度测量系统硬件
系统结构图如图1所示[1]。这里通过上拉电阻直接驱动
LED
显示。以增加线路复杂度为代价，减少芯片数量。
2．1数字温度传感器DS18B20
DS18B20是美国DALLAS公司推出的单总线数字测温芯片。他具有独特的单总线接口方式，仅需使用1个端口就能实现与单片机的双向通讯。采用数字信号输出提高了信号抗干扰能力和温度测量精度。他的工作电压使用范围宽(3．0～5．5 V)，可
以采用外部供电方式，也可以采用寄生
电源
方式，即当总线DQ为高电平时，窃取信号能量给DS18B20供电。他还有负压特性，电源极性接反时，DS18B20不会因接错线而烧毁，但不能正常工作。可以通过编程实现9～12位的温度转换精度设置。由表1[2]可见，设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。
DS18B20采用3脚TO-92封装，形如三极管，同时也有8脚SOIC封装，还有6脚的TSOC封装。测温范围为－55～+125℃，在一10～85℃范围内，精度为±0．5℃。每一个DS18B20芯片的ROM中存放了一个64位ID号：前8位是产品类型编号，随后48位是该器件的自身序号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码。又因其可以采用寄生电源方式供电。因此，一条总线上可以同时挂接多个DS18B20，实现多点测温系统。另外用户还可根据实际情况设定非易失性温度报警上下限值TH和TL。DS18B20检测到温度值经转换为数字量后，自动存入存储器中，并与设定值TH或TL进行比较，当测量温度超出给定范围时，就输出报警信号，并自动识别是高温超限还是低温超限。
2．2 AT89C51单片机
AT89C51单片机是ATMEL公司生产的高性能8位单片机，主要功能特性如下：
①兼容MCS-51指令系统；
②32个双向I/O口，两个16位可编程定时/计数器；
③1个串行中断，两个外部中断源；
④可直接驱动LED；
⑤低功耗空闲和掉电模式；
⑥4 kB可反复擦写(>1 000次)FLASI ROM；
⑦全静态操作O～24 MHz；
⑧128×8 b内部RAM。
该款芯片的超低功耗和良好的性能价格比使其非常适合
嵌入式
产品应用。
3温度测量系统软件
DS18B20简单的硬件接口是以相对复杂的接口编程为代价。由于DS18B20通过单总线与单片机进行通讯，所以其通讯功能是分时完成的。他与单片机的接口协议是通过严格的时序来实现的，只有在特定的时隙，才能实现DS18B20数据的写入和读出。这里以AT89C51和一个DS18B20通讯为例，列出部分通讯的汇编语言代码。
3．1 初始化子程序(RESET)
与DS18B20的所有通讯都是由一个单片机的复位脉冲和一个DS18B20的应答脉冲开始的。单片机先发一个复位脉冲，保持低电平时间最少480μs，最多不能超过960μs。然后，单片机释放总线，等待DS18B20的应答脉冲。DS18B20在接受到复位脉冲后等待15～60μs才发出应答脉冲。应答脉冲能保持60～240μs。单片机从发送完复位脉冲到再次控制总线至少要等待480 μs。程序代码如下：
3．2 WRITE子程序
写时隙需要15～75 μs，且在2次独立的写时隙之间至少需要1μs的恢复时间。写时隙起始于单片机拉低总线。以要把单片机A中的数据发给DS18B20为例，程序代码如下：
3．3 READ子程序
读时隙需15～60 μs，且在2次独立的读时隙之间至少需要1 μs的恢复时间。读时隙起始于单片机拉低总线至少1 μs。DSl8820在读时隙开始15μs后开始采样总线电平。以单片机读取2 B的数据为例。程序代码如下：
4 结 语
用DS18820测量温度，在其内部就能进行A/D转换，输出数字量与
单片机
直接通讯，无需外加A/D转换器，转换速度快，降低了成本，而且简化了电路，提高了系统的集成度，使其满足了最简的要求。这个温度
传感器
稍加改良，配合
半导体
制冷器还能实现高精度的温度控制功能。
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