第十二讲-DS18B20与多功能电子钟

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1、AVR单片机软硬件设计教程-入门篇 学单片机就要学AVR！主 讲:尹延辉策 划：张 勇 学习板：LT-Mini-M16 力天电子版权所有技术交流QQ群：31646346 2008年 9月 版权：力天电子版权：力天电子主讲人：尹延辉主讲人：尹延辉第十二讲第十二讲项目实例：多功能电子钟项目实例：多功能电子钟o本讲内容：本讲内容：o项目设计要求项目设计要求o项目规划项目规划oDS18B20的使用方法的使用方法o程序流程程序流程 版权：力天电子版权：力天电子主讲人：尹延辉主讲人：尹延辉项目设计要求项目设计要求o设计要求：设计要求：设计制作一个多功能电子钟，具备年月日时分秒显示功设计制作一个多功能电子钟

2、，具备年月日时分秒显示功能，掉电后时钟信息不会丢失。能，掉电后时钟信息不会丢失。具备显示当前环境温度功能。具备显示当前环境温度功能。显示器可以在字符液晶与数码管之间切换选择。显示器可以在字符液晶与数码管之间切换选择。电子钟通过电子钟通过USART与与PC机通讯，通过串口调试助手机通讯，通过串口调试助手设置时间。设置时间。通过四个按键切换显示模式与数码管显示内容。通过四个按键切换显示模式与数码管显示内容。具有数字电压表功能，能够测量具有数字电压表功能，能够测量02.5V范围内的电压范围内的电压并在字符型液晶上显示。并在字符型液晶上显示。采用采用AVR单片机单片机ATmega16。版权：力天电子版

3、权：力天电子主讲人：尹延辉主讲人：尹延辉项目规划项目规划o时钟功能的实现：时钟功能的实现：AVR单片机自带单片机自带RTC功能，但功能，但C语言实现日历功能比较复杂，语言实现日历功能比较复杂，且且ATmega16的的功耗不够低功耗不够低(ATmega48V是典型的低功耗是典型的低功耗AVR)，而时钟芯片，而时钟芯片DS1302掉电功耗很掉电功耗很低，操作方便，因此时钟功能选择低，操作方便，因此时钟功能选择DS1302+备份电池实现。备份电池实现。o字符液晶的选择：字符液晶的选择：选择最常用的字符型液晶选择最常用的字符型液晶1602。o上位机通讯：上位机通讯：采用采用TTL-232电平转换芯片电

4、平转换芯片MAX232A，DB9接口。接口。o温度测量功能：温度测量功能：采用常用的温度测量芯片采用常用的温度测量芯片DS18B20o电压表功能：电压表功能：片上自带的片上自带的10位位ADC，片内，片内2.56V参考电压源，测量电压直接输入。参考电压源，测量电压直接输入。版权：力天电子版权：力天电子主讲人：尹延辉主讲人：尹延辉DS18B20简介简介oDS18B20简介简介美国美信美国美信(Maxim)公司生产的单线数字温度传感器公司生产的单线数字温度传感器DS1820,可把温度信号直接转换成串行数字可把温度信号直接转换成串行数字信号供微机处理。信号供微机处理。oDS18B20的主要特性的主要

5、特性适应电压范围更宽，电压范围：适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电，在寄生电源方式下可由数据线供电独特的单线接口方式，独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯的双向通讯支持多点组网功能，多个支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温在使用中不需要任何外围元件，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在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成

6、在形如一只三极管的集成电路内温范围温范围55125，在，在-10+85时精度为时精度为0.5可编程的分辨率为可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和和0.0625，可实现高精度测温，可实现高精度测温在在9位分辨率时最多在位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在位分辨率时最多在750ms内把温内把温度值转换为数字，速度更快度值转换为数字，速度更快测量结果直接输出数字温度信号，以测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线一线总线串行传送给串行传送给CPU，同时可传送，同时可传送CRC校验

7、码，校验码，具有极强的抗干扰纠错能力具有极强的抗干扰纠错能力负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。版权：力天电子版权：力天电子主讲人：尹延辉主讲人：尹延辉DS18B20内部结构内部结构DS18B20内部结构内部结构主要由四部分组成：主要由四部分组成：64位光刻位光刻ROM、温、温度传感器、非挥发的度传感器、非挥发的温度报警触发器温度报警触发器TH和和TL、配置寄存器。、配置寄存器。DS18B20内部结构主要由四部分组成：内部结构主要由四部分组成：64位光刻位光刻ROM、温、温度传感器、非挥发的温度报警触发

8、器度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和和TL、配置寄存器。、配置寄存器。版权：力天电子版权：力天电子主讲人：尹延辉主讲人：尹延辉4个主要的数据部件个主要的数据部件光刻光刻ROM与存储器与存储器o光刻光刻ROM中的中的64位序列号位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。的地址序列码。64位光刻位光刻ROM的排列是：开始的排列是：开始8位（位（28H）是产品类型标号，）是产品类型标号，接着的接着的48位是该位是该DS18B20自身的序列号，最后自身的序列号，最后8位是前面位是前面56位位的循环冗余校验码（的循环冗余校验码（CRC=X

9、8+X5+X4+1）。光刻）。光刻ROM的作的作用是使每一个用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个上挂接多个DS18B20的目的。的目的。版权：力天电子版权：力天电子主讲人：尹延辉主讲人：尹延辉4个主要的数据部件个主要的数据部件温度传感器温度传感器可完成对温度的测量，以可完成对温度的测量，以12位转位转化为例：用化为例：用16位符号扩展的二进位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中形式表达，其中S为符号位。为符号位。这是这是12位转化后得到的位转化后得到的12位数位数据，存储

10、在据，存储在18B20的两个的两个8比特比特的的RAM中，二进制中的前面中，二进制中的前面5位位是符号位，如果测得的温度大于是符号位，如果测得的温度大于0，这，这5位为位为0，只要将测到的数值，只要将测到的数值乘于乘于0.0625即可得到实际温度；即可得到实际温度；如果温度小于如果温度小于0，这，这5位位为为1，测到的数值需要取，测到的数值需要取反加反加1再乘于再乘于0.0625即即可得到实际温度。可得到实际温度。版权：力天电子版权：力天电子主讲人：尹延辉主讲人：尹延辉4个主要的数据部件个主要的数据部件存储器存储器oDS18B20温度传感器的存储器温度传感器的存储器DS18B20温度传感器的内

11、部存储器包括一个高速暂温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存存RAM和一个非易失性的可电擦除的和一个非易失性的可电擦除的EEPROM,后后者存放高温度和低温度触发器者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。和结构寄存器。o高速暂存存储器高速暂存存储器 高速暂存存储器由高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如右表所示。个字节组成，其分配如右表所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第和第1个字节。个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，单片机可通

12、过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式如表高位在后，数据格式如表1所示。对应的温度计算：所示。对应的温度计算：当符号位当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。表时，先将补码变为原码，再计算十进制值。表 2是对应的一部分温度值。第九个字节是冗余检验字节。是对应的一部分温度值。第九个字节是冗余检验字节。寄存器内容寄存器内容字节字节地址地址温度值低位温度值低位（LS Byte）0温度值高位温度值高位（MS Byte）1高温限值高温限值（TH）2低温限值低温限值（TL）3配置寄存器配置寄存器4保留保

13、留5保留保留6保留保留7CRC校验值校验值8 版权：力天电子版权：力天电子主讲人：尹延辉主讲人：尹延辉4个主要的数据部件个主要的数据部件配置寄存器配置寄存器 o配置寄存器配置寄存器 该字节各位的意义如右表：该字节各位的意义如右表：低五位一直都是低五位一直都是“1”，TM是测试模式位，用于设置是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在工作模式还是在测试模式。在在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为出厂时该位被设置为0，用户，用户不要去改动。不要去改动。R1和和R0用来设置分辨率，用来设置分辨率，如右表所示：（如右表所示：（DS18B20出厂时被设置为出厂时被设置为12位）位）T

14、MR1R011111R1R0分辨率温度最大转换时间009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms 版权：力天电子版权：力天电子主讲人：尹延辉主讲人：尹延辉操作步骤操作步骤根据根据DS18B20的通讯协议，主机的通讯协议，主机（单片机）控制（单片机）控制DS18B20完成温完成温度转换必须经过三个步骤：度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对每一次读写之前都要对DS18B20进行复位进行复位操作操作复位成功后发送一条复位成功后发送一条ROM指令指令最后发送最后发送RAM指令指令这样才能对这样才能对DS18B20进行预定的进行预定的操作。复位要求主操作。

15、复位要求主CPU将数据线下将数据线下拉拉500微秒，然后释放，当微秒，然后释放，当DS18B20收到信号后等待收到信号后等待1660微秒左右，后发出微秒左右，后发出60240微微秒的存在低脉冲，主秒的存在低脉冲，主CPU收到此信收到此信号表示复位成功。号表示复位成功。版权：力天电子版权：力天电子主讲人：尹延辉主讲人：尹延辉ROM指令表指指 令令约定代约定代码码功功 能能读读ROM0 x33读读DS1820温度传感器温度传感器ROM中的编码（即中的编码（即64位地址）位地址）符合符合 ROM0 x55发出此命令之后，接着发出发出此命令之后，接着发出 64 位位 ROM 编码，访问单总线上与该编编

16、码，访问单总线上与该编码相对应的码相对应的 DS1820 使之作出响应，为下一步对该使之作出响应，为下一步对该 DS1820 的读写作的读写作准备。准备。搜索搜索 ROM0 xF0用于确定挂接在同一总线上用于确定挂接在同一总线上 DS1820 的个数和识别的个数和识别 64 位位 ROM 地址。地址。为操作各器件作好准备。为操作各器件作好准备。跳过跳过 ROM0 xCC忽略忽略 64 位位 ROM 地址，直接向地址，直接向 DS1820 发温度变换命令。适用于单发温度变换命令。适用于单片工作。片工作。告警搜索告警搜索命令命令0 xEC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。执行后只

17、有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应。版权：力天电子版权：力天电子主讲人：尹延辉主讲人：尹延辉RAM指令表指指 令令约定代码约定代码功功 能能温度变换温度变换0 x44启动启动DS1820进行温度转换，进行温度转换，12位转换时最长为位转换时最长为750ms（9位为位为93.75ms）。结果存入内部）。结果存入内部9字节字节RAM中。中。读暂存器读暂存器0 xBE读内部读内部RAM中中9字节的内容字节的内容写暂存器写暂存器0 x4E发出向内部发出向内部RAM的的3、4字节写上、下限温度数据命令，紧跟字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。该命令之后，是传送两字节的数据。复制暂存器复制暂存器0 x48将将RAM中第中第3、4字节的内容复制到字节的内容复制到EEPROM中。中。重调重调 EEPROM0 xB8将将EEPROM中内容恢复到中内容恢复到RAM中的第中的第3、4字节。字节。读供电方式读供电方式0 xB4读读DS1820的供电模式。寄生供电时的供电模式。寄生供电时DS1820发送发送“0”，外接，外接电源供电电源供电 DS1820发送发送“1”。