内蒙古农业大学：《单片机原理及应用》课程教学课件（讲稿）数字温度传感器实验

实脸项目、内容及要求 序号 实验项目 实验内容 教学目标 P1口流水利用单片机及发光二极管等器件，掌握P1口流水灯软、硬件 1 灯实验 构成流水灯控制系统。 设计。 2 外部中断 给单片机接一个按键作为外部中 计数实验 断输入信号，要求通过数码管显 掌握单片机外部中断的设置 示中断次数。 中断函数的处理。 LCD1602 利用实验板的液晶显示屏电路， 3 编写程序控制输出显示数字和英 熟悉驱动LCD1602软、硬 显示实验 文字符。 件设计。 4 温度测量利用DS18B20、数码管，实现温 熟悉DS18B20的工作原理 实验 度的测量和显示。 理解单片机I/O实现1线协议 的方法

实验项目、内容及要求 序号 实验项目 实验内容 教学目标 1 P1口流水 灯实验 利用单片机及发光二极管等器件， 构成流水灯控制系统。 掌握P1口流水灯软、硬件 设计。 2 外部中断 计数实验 给单片机接一个按键作为外部中 断输入信号，要求通过数码管显 示中断次数。 掌握单片机外部中断的设置， 中断函数的处理。 3 LCD1602 显示实验 利用实验板的液晶显示屏电路， 编写程序控制输出显示数字和英 文字符。 熟悉驱动LCD1602软、硬 件设计。 4 温度测量 实验 利用DS18B20、数码管，实现温 度的测量和显示。 熟悉DS18B20的工作原理， 理解单片机I/O实现1线协议 的方法

线制温度传感器DS18B20 接其他单总线设备 DS18B20的 35.5V 引脚定义， DS18B20 GND电源地； 4.7k2 2 3 DQ数字信号 V吧 外部电源 输入输出端； 微处理器 3-5.5V I/O口线 VDn外接供电 电源输入端。 图 DS18B20典型电路 DS18B20与单片机连接时，可按单节点系统（一个从机设备）操作， 也可按多节点系统（多个从机设备）操作。通常设备通过一个漏记 开路或三态端口连至数据线，并外接一个约5kQ的上拉电阻。注： DS18B20只要一个端口即可实现通信；在DS18B20中的每个器件上 都有独一无二的序列号；适应电压范围3.0~5.5V;测量温度范围在 -55C+125C之间，在一10C~+85C时精度为士0.5C

一线制温度传感器DS18B20 DS18B20的 引脚定义， GND电源地； DQ数字信号 输入输出端； VDD外接供电 电源输入端。 DS18B20与单片机连接时，可按单节点系统（一个从机设备）操作， 也可按多节点系统（多个从机设备）操作。通常设备通过一个漏记 开路或三态端口连至数据线，并外接一个约5kΩ的上拉电阻。注： DS18B20只要一个端口即可实现通信；在DS18B20中的每个器件上 都有独一无二的序列号；适应电压范围3.0～5.5V；测量温度范围在 －55℃～+125 ℃之间，在－10℃ ～+85 ℃时精度为±0.5 ℃

DS18B20的存储器 DS18B20的内部结构 寄生取电 DQ 存储器和控制器 温度敏感元件 64位 ROM 低温触发器TL GND 及 高速缓冲 一线 存储器 总线 高温触发器TH 电源检测 接口 VDD 8位CRC生成器 配置寄存器 DS18B20温度传感器主要由64位ROM、高速缓冲存储器、 CRC生成器、温度敏感器件、高低温触发器及配置寄存器等部件 组成

DS18B20的内部结构 DS18B20的存储器 存储器和控制器 8位CRC生成器 高速缓冲 存储器 温度敏感元件 低温触发器TL 高温触发器TH 配置寄存器 电 源 检 测 64位 ROM 及 一线 总线 接口 GND DQ VDD 寄生取电 DS18B20温度传感器主要由64位ROM、高速缓冲存储器、 CRC生成器、温度敏感器件、高低温触发器及配置寄存器等部件 组成

■高速缓冲（暂存）存储器 MSB LSB CRC字节 保留 保留 保留 配置寄存器 TL TH 配置寄存器： TL TH 温度值 E2PROM 由9个字节组成，温度值以二字节补码形式存放在第1和第2个 字节；第3和第4字节分别存放上、下限报警值TH和TL;第5字节为 配置寄存器；第6、7、8字节为工厂保留字节；第9字节是前8字 节的CRC校验码，用来提高串行传输的可靠性。 配置寄存器： ●默认值7FH,即分辨率为12位一750ms 位： D7 D6 D5 D4 D3 D2 R1 RO 最高位D7为测试模式位，：出厂时为0；D6D5位用于设置 转换分辨率，分辨率有9、10、11、12位四种选择，分辨率 为12位，对应转换时间为750ms；其余的低5位为保留位（均 为1)

◼ 高速缓冲（暂存）存储器 CRC字节 保留 配置寄存器 MSB TH LSB 温度值 保留 保留 TL TL TH E2PROM 配置寄存器 由9个字节组成，温度值以二字节补码形式存放在第1和第2个 字节；第3和第4字节分别存放上、下限报警值TH和TL；第5字节为 配置寄存器；第6 、7 、8字节为工厂保留字节；第9字节是前8字 节的CRC校验码，用来提高串行传输的可靠性。 配置寄存器： ⚫ 默认值7FH，即分辨率为12位—750ms 位： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 R1 R0 1 1 1 1 1 最高位D7为测试模式位，出厂时为0；D6D5位用于设置 转换分辨率，分辨率有9 、 10 、11 、12位四种选择，分辨率 为12位，对应转换时间为750ms；其余的低5位为保留位（均 为1）

DS18B20采样值与温度值关系举例 二进制采样值 十六进制表示 十进制温度/℃ 0000011111010000 07D0H +125 0000000110010001 0191H +25.0625 0000000000001000 0008H +0.5 0000000000000000 0000H 0 1111111111111000 FFF8H -0.5 1111111001101111 FE6FH -25.0625 1111110010010000 FC90H -55 负数补码转换为原码：符号位不变，数值位按位取反，末位再加1。 ■12位分辨率时的温度值格式 扩展的符号位 272625242322212021222324 MSB LSB 温度计算： S=O时，表示温度为正，直接将二进制位转换为十进制； S=1时，表示温度为负，先将补码变为原码，再计算十进制值

负数补码转换为原码：符号位不变，数值位按位取反,末位再加1。 DS18B20采样值与温度值关系举例 二进制采样值 十六进制表示 十进制温度 /℃ 0000 0111 1101 0000 07D0H +125 0000 0001 1001 0001 0191H +25.0625 0000 0000 0000 1000 0008H +0.5 0000 0000 0000 0000 0000H 0 1111 1111 1111 1000 FFF8H -0.5 1111 1110 0110 1111 FE6FH -25.0625 1111 1100 1001 0000 FC90H -55 ◼ 12位分辨率时的温度值格式 MSB 2-4 LSB 2-2 2-3 2 S S S S 26 25 24 23 22 21 20 -1 扩展的符号位 27 温度计算： S=0时，表示温度为正，直接将二进制位转换为十进制； S=1时，表示温度为负，先将补码变为原码，再计算十进制值

DS18B20操作命令 ROM操作命令 指令 约定代码 功能 读ROM 33H 读DS1820温度传感器ROM中的编码（即64 位地址) 符合ROM 55H 发出此命令之后，接着发出64位ROM编码， 访问单总线上与该编码相对应的DS1820使之做 出响应，为下一步对该DS1820的读写做准备。 搜索ROM FOH 用于确定挂接在同一总线上DS1820的个数和 识别64位ROM地址，为操作各器件作好准备。 跳过ROM CCH 忽略64位ROM地址，直接向DS1820发温度变 换命令，适用于单片工作。 告警搜索 ECH 执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子 才做出响应

DS18B20操作命令 ROM操作命令 指 令 约定代码 功 能 读ROM 33H 读DS1820 温度传感器ROM 中的编码（即64 位地址） 符合ROM 55H 发出此命令之后，接着发出 64 位 ROM 编码， 访问单总线上与该编码相对应的 DS1820 使之做 出响应，为下一步对该 DS1820 的读写做准备。 搜索ROM F0H 用于确定挂接在同一总线上 DS1820 的个数和 识别64 位 ROM 地址，为操作各器件作好准备。 跳过ROM CCH 忽略64位ROM地址，直接向 DS1820 发温度变 换命令，适用于单片工作。 告警搜索 ECH 执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子 才做出响应

RAM操作命令 指令 约定代码 功能 温度变换 44H 启动DS1820进行温度转换，12位转换时最长 为750ms(9位为93.75ms)。结果存入内部9 字节RAM中。 读暂存器 BEH 读内部RAM中9字节的内容 写暂存器 4EH 向DS18B20写TH、TL及配置寄存器数据命令， 紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。 复制暂存器 48H 将缓冲器的TH、TL和配置寄存器值送EEPROM。 重调（回读） B8H 将EEPROM中的TH、TL和配置寄存器值送缓冲 EEPROM 器。 读供电方式 B4H 读DS1820的供电模式。寄生供电时DS1820发 送“0”，外接电源供电DS1820发送“1

RAM操作命令 指 令 约定代码 功 能 温度变换 44H 启动DS1820 进行温度转换，12 位转换时最长 为750ms（9 位为93.75ms）。结果存入内部9 字节RAM 中。 读暂存器 BEH 读内部RAM 中9 字节的内容 写暂存器 4EH 向DS18B20写TH、TL及配置寄存器数据命令， 紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。 复制暂存器 48H 将缓冲器的TH、TL和配置寄存器值送EEPROM。 重调（回读） EEPROM B8H 将EEPROM中的TH、TL和配置寄存器值送缓冲 器。 读供电方式 B4H 读DS1820 的供电模式。寄生供电时DS1820 发 送“0”， 外接电源供电 DS1820 发送“1

DS18B20操作时序 ■初始化时序 至少480μs 电阻 上拉 15-60μs VPU 单片机发送复位脉冲 18B20应答脉冲 至少480μs 60-240μs GND 图例： 主机拉低 DS18B20拉低 上拉电阻拉高 复位脉冲由单片机拉低总线480~960us产生；然后单片机释放总线（输出高电平）， 总线在上拉电阻作用下恢复高电平，恢复时间15~60us;DS18B20器件收到单片机 发来的复位脉冲后，向总线回应应答脉冲，应答脉冲会使总线拉低60~240uS。 命令和数据的传输：从主机主动启动写时序开始，如果要求 从机回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数 据接收。数据的传输都是低位在先，即读时隙和写时隙均以 单片机驱动总线产生低电平开始

DS18B20操作时序 初始化时序 命令和数据的传输：从主机主动启动写时序开始，如果要求 从机回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数 据接收。数据的传输都是低位在先，即读时隙和写时隙均以 单片机驱动总线产生低电平开始。 复位脉冲由单片机拉低总线480~960us产生；然后单片机释放总线（输出高电平）， 总线在上拉电阻作用下恢复高电平，恢复时间15~60us；DS18B20器件收到单片机 发来的复位脉冲后，向总线回应应答脉冲，应答脉冲会使总线拉低60~240us

void ow reset() { 至少480μs char presence =1; 电阻 上拉 while(presence) 15-60μs 单片机发送复位脉冲 18B20应答脉冲 至少480μs while(presence) 60-240μs GND { 图例： 主机拉低 DS18B20拉低 上拉电阻拉高 DQ=1; nop_();nop_(; DQ=0; delay(50); ∥延时550毫秒，读时序 初始化时序 DQ=1; delay(6); ∥延时66毫秒 presence=DQ;∥presence=O,继续下一步 delay(45); ∥延时495us presence =~DO; DQ=1;

初始化时序 void ow_reset() { char presence = 1; while(presence) { while(presence) { DQ = 1; _nop_(); _nop_(); DQ = 0; delay(50); // 延时550毫秒,读时序 DQ = 1; delay(6); // 延时66毫秒 presence = DQ; // presence =0,继续下一步 } delay(45); // 延时495us presence = ~DQ; } DQ = 1; }

■写时序 单片机写“0”时限 TREC 单片机写“1”时限 >1μs 60μs1u5 Vpu GND DS18B20采样 DS18B20采样 MIN TYP MAX MIN TYP MAX 15us→←154s→←—30us→ ←15μs→←155→←305→ DS18B20器件的写时序由写0时隙和写1时隙组成

写时序 DS18B20器件的写时序由写0时隙和写1时隙组成