六．溫度轉換核心及其算法 1.溫度傳感器DS18B20原理與特性本系統采用了DS18B20單總線可編程溫度傳感器,來實現對溫度的采集和轉換，大大簡化了電路的復雜度，以及算法的要求。首先先來介紹一下DS18B20這塊傳感器的特性及其功能: DSl8B20的管腳及特點 DS18B20可編程溫度傳感器有3個管腳。(如圖：1) GND為接地線，DQ為數據輸入輸出接口，通過一個較弱的上拉電阻與單片機相連。VDD為電源接口，既可由數據線提供電源，又可由外部提供電源，范圍3．O～5．5 V。本文使用外部電源供電。主要特點有： 1. 用戶可自設定報警上下限溫度值。 2. 不需要外部組件，能測量－55～+125℃ 范圍內的溫度。 3. －10℃ ~ +85℃ 范圍內的測溫準確度為±0．5℃ 。 4. 通過編程可實現9～l2位的數字讀數方式，可在至多750 ms內將溫度轉換成12 位的數字，測溫分辨率可達0．0625℃ 。 5. 獨特的單總線接口方式，與微處理器連接時僅需要一條線即可實現與微處理器雙向通訊。 DS18B20的內部結構 DS18B20內部功能模塊如圖2所示，主要由4部分組成：64位光刻R0M（圖3）、溫度傳感器、非易失性的溫度報警觸發器TH和TL、配置寄存器。R0M 中的64位序列號是出廠前被光刻好的，他可以看作是該DSISB20的地址序列碼，每個DSI8B20的64位序列號均不相同。高低溫報警觸發器TH 和TL，配置寄存器均由一個字節的E2PROM組成，使用一個存儲器功能命令可對 TH，TL或配置寄存器寫入。配置寄存器中R1，R0決定溫度轉換的精度位數：R1R0＝’00’,9位精度，最大轉換時間為93.75 ms；R1R0 = ‘01’,10位精度，最大轉換時間為187.5 ms；R1R0 = ‘10’,11位精度，最大轉換時間為375 ms；R1R0 =’11’,12位精度，最大轉換時間為750 ms；未編程時默認為12位精度。本系統采用的也是12位的精度。 DS18B20的內存結構 DSI8B20溫度傳感器的內部存儲器包括一個高速暫存RAM （便箋式的內部存儲器）和一個非易失性的可電擦除的EEPROM，后者存放高溫和低溫觸發器TH，TL和結構寄存器。便箋存儲器包含了9個連續字節（0～8），前兩個字節是測得的溫度信息（圖4），字節0的內容是溫度的低8位，字節1是溫度的高8位，字節2是TH（溫度上限報警），字節3是TL（溫度下限報警），字節4是配置寄存器（圖5），用于確定輸出分辨率9到12位。第5、6、7個字節是預留寄存器，用于內部計算。字節8是冗余檢驗字節，校驗前面所有8個字節的CRC碼，可用來保證通信正確。 DS18B20的測溫功能當DSI8B20接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換。轉換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的0，1字節。單片機可通過單線接口讀到該數據，讀取時低位在前，高位在后，數據格式以0．062 5℃／LSB形式表示。溫度值格式如圖4所示，其中“S”為標志位，對應的溫度計算：當符號位S=0時，直接將二進制位轉換為十進制；當S=1時，先將補碼變換為原碼，再計算十進制值。圖4下面的表是對應的一部分溫度值。DSI8B20完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與 TH做比較，若T>TH或T RoM操作命令 -> 存儲器操作命令-> 處理數據 1 初始化 單總線上的所有處理均從初始化開始 2 ROM操作品令 總線主機檢測到DSl820的存在便可以發出ROM操作命令之一這些命令如 指令 代碼 Read ROM(讀ROM) [33H] Match ROM(匹配ROM) [55H] Skip ROM(跳過ROM] [CCH] Search ROM(搜索ROM) [F0H] Alarm search(告警搜索) [ECH] 3 存儲器操作命令 指令 代碼 Write Scratchpad(寫暫存存儲器) [4EH] Read Scratchpad(讀暫存存儲器) [BEH] Copy Scratchpad(復制暫存存儲器) [48H] Convert Temperature(溫度變換) [44H] Recall EPROM(重新調出) [B8H] Read Power supply(讀電源) [B4H] 溫度傳感器與單片機通訊時序 2.溫度轉換算法及分析由于DS18B20轉換后的代碼并不是實際的溫度值，所以要進行計算轉換。溫度高字節（MS Byte）高5位是用來保存溫度的正負（標志為S的bit11～bit15），高字節（MS Byte）低3位和低字節來保存溫度值（bit0 ~ bit10）。其中低字節（LS Byte）的低4位來保存溫度的小數位（bit0 ~ bit 3）。由于本程序采用的是0.0625的精度，小數部分的值，可以用后四位代表的實際數值乘以0.0625，得到真正的數值，數值可能帶幾個小數位，所以采取小數舍入，保留一位小數即可。也就說，本系統的溫度精確到了0.1度。 算法核心：首先程序判斷溫度是否是零下，如果是，則DS18B20保存的是溫度的補碼值，需要對其低8位（LS Byte）取反加一變成原碼。處理過后把DS18B20的溫度Copy到單片機的RAM中，里面已經是溫度值的Hex碼了，然后轉換Hex碼到BCD碼，分別把小數位，個位，十位，百位的BCD碼存入RAM中。由于百位沒有用，默認情況是置為0A，在顯示屏上沒有任何顯示。溫度算法核心代碼 DATA_DEAL: MOV A,TEMPERATURE_H ；TEMPERATURE_H存放的是DS18B20轉換后的高8位的值（上圖的MS Byte）ANL A,#80H ；判溫度是否零下 JZ TEMPC1 ；A為0，說明是正數，跳往TEMPC1,如果是負數，則對低8為進行補碼處理 CLR C MOV A,TEMPERATURE_L ；為負數，對低8 位（上圖的LS Byte）求補 CPL A ；取反加1 ADD A,#01H MOV TEMPERATURE_L,A ；取補碼后存回TEMPERATURE_L，此時TEMPERATURE_L里面的值就可以表示溫度了 MOV A,TEMPERATURE_H CPL A ADDC A,#00H ；高位TEMPERATURE_H取反，加上從低位TEMPERATURE_L進來的位 MOV TEMPERATURE_H,A ；寫回TEMPERATURE_H MOV TEMPERATURE_HC,#0BH SJMP TEMPC11 TEMPC1: MOV TEMPERATURE_HC,#0AH TEMPC11:MOV A,TEMPERATURE_HC SWAP A MOV TEMPERATURE_HC,A MOV A,TEMPERATURE_L ANL A,#0FH ；取A低4位(小數位，單位是0.0625),得出來的數要乘以0.0625,通過查表來算出值 MOV DPTR,#TEMPDOTTAB MOVC A,@A+DPTR ；查表 MOV TEMPERATURE_LC,A ；TEMPERATURE_LC的低四位保存 小數部分 BCD MOV DIS_BUF_X,A ；小數位的BCD碼送入顯示buffer中 MOV A,TEMPERATURE_L ；整數部分 ANL A,#0F0H ；得到個位單個數值 SWAP A ；SWAP后就得到個位真正的個位 MOV TEMPERATURE_L,A MOV A,TEMPERATURE_H ANL A,#0FH SWAP A ORL A,TEMPERATURE_L MOV TEMPERATURE_ZH,A ；組合后的值存入TEMPERATURE_ZH LCALL HtoB ；轉換HEx值成為BCD碼 MOV TEMPERATURE_L,A ；TEMPERATURE_L目前存入的是十位和個位的BCD編碼 ANL A,#0F0H SWAP A ORL A,TEMPERATURE_HC ；TEMPERATURE_HC 低4位 存放 十位數 BCD MOV TEMPERATURE_HC,A MOV A,TEMPERATURE_L ANL A,#0FH SWAP A ；TEMPERATURE_LC高4位 存放 個位數 BCD ORL A,TEMPERATURE_LC MOV TEMPERATURE_LC,A MOV A,R7 JZ TEMPC12 ANL A,#0FH SWAP A MOV R7,A MOV A,TEMPERATURE_HC ；TEMPERATURE_HC高4位 存放 百位數 BCD ANL A,#0FH ORL A,R7 MOV TEMPERATURE_HC,A TEMPC12:RET ；小數部分碼表 TEMPDOTTAB: DB 00H,01H,01H,02H,03H,03H,04H,04H,05H,06H,06H,07H,08H,08H,09H,09H 結果溫度值的BCD碼存放到TEMPERATURE_HC(百位和十位)，TEMPERATURE_LC(個位和小數位)中七．硬件設計說明 1．系統總體電路圖 2．各個模塊電路圖輸入系統 1． 鍵盤模塊我們用的下面四個獨立鍵盤中的三個，分別是：K2，K3，K4。 1． 溫度測量模塊 DS18B20通過P3.3口和AT89S52進行通訊。

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