基于DS18B20和89C2051组成的温度显示电路

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由单总线数字温度传感器DS18B20和89C2051组成的经济型家庭用测温系统。其温度显示为“-XXC”，精度±0.5℃，测温范围-55℃～+125℃。下面详细分析系统构成及汇编语言对DS18B20操作时序的实现方法。图1为本系统电路图，图中DSP为四只数码LED显示器的简化。
　　1.DS18B20的初始化与读写程序
　　DS18B20是“一总线”接口温度传感器，测温范围为-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内精度为±0.5℃。DS18B20可以程序设定9～12位的分辨率，在出厂时被设置为12位的分辨率。通过和单片机系统的结合，可以构建经济的测温系统。DS18B20的管脚排列如图2所示，DQ为数字信号输入，输出端，与单片机系统接口时可通过5.1kΩ电阻上拉;GND为电源地;VDD为外接供电电源输入端。
　　DS18B20内含64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器等。可采取直接读取DS18B20内部暂存寄存器的方法，通过四舍五入显示其整数温度值。DS18B20内部暂存寄存器包含九个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。第三和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝。第六、七、八个字节用于内部计算。第九个字节是冗余检验字节。以12位转化为例：温度信息用16位符号扩展的二进制补码形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位，对应的换算关系参见附表。
　　由于DS18B20与微处理器间采用单总线数据传送，因此，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格遵守读写时序，否则将无法读取测量结果。
　　DS18820的初始化程序如下。当程序检测到DS18820不存在的时候会设置不存在标志，以防止系统锁死。
　　INIT_1820：SETBDS18B20;DS18B20数据线设置为P3.4NOPCLRDS18B20;resetDSMOVR0，#250;发延时500μs的复位低脉冲DJNZR0，SSETBDS18B20：拉高数据线MOVR0，#10;等待20μsDJNZR0，SMOVR0，#37TSR2：JNBDS18B20，TSR3;在150μs内等待DS18B20回应DJNZR0，TSR2;延时LJMPTSR4TSR3：SETBFLAG1;置标志位，DS1820存在LJMPTSR5TSR4：CLRFLAG1;清标志位，DS1820不存在AJMPTSR7TSR5：MOVR0，#118DJNZR0，S;时序要求延时240μsTSR7：SETBDS18B20RETDS18B20的读写程序(略)。
　　2.数据转换与显示程序设计
　　由于不要求显示小数，所以可以舍弃温度寄存器0(TEMPER_L)的低4位，而将温度寄存器1(TEMPER_H)中的低4位移入TEMPER_L中的高4位，组成的新字节，即实际测得的温度。在实际应用中，因为涉及到零度以下温度的显示，需要进行一定的数据转换。
　　在显示子程序中，因为百位和负号“-”要区别显示，相应流程如图3所示。
　　3.系统制作
　　本系统四位一体的0.5英寸七段显示器是共阳型的。其管脚排列见图4。AT89C2051的P1.0和P1.1口是模拟比较器的输入端，内部无上拉电阻，所以在外部接10kΩ，上拉电阻后，接入CD4069作驱动，每段电流被限制在1mA左右，每段显示时间为1ms，温度刷新周期为1分钟;晶振选择12MHz的，每条指令周期正好为1μs的倍数。装饰面板选用家装剩下的“正泰CHNT”86型单键按钮面板，将按钮拆除，正好成显示窗口。系统采用+5V直流电源。本人正好有现成的三基DC5V微型开关电源，将其嵌入在86开关框中，元件布局及面板效果参见图5、图6。
　　图5左上端的引出线为外接DS18B20导线，以便于进行高低温调试试验，调试结束后可以直接焊接在申，路板上。焊接完成后，不需要进行调试就能直接显示温度数据。
　　4.其他
　　在不改动系统硬件的基础上，通过计算方法的调整，DS18B20的测温分辨率可以提高到±0.1℃以上，由四位LED显示成“×××。×”格式。在本系统中，AT89C2051的P3.5、P3.7口未使用，可以调整程序增加控制继电器或门铃等应用。本人利用P3.5在调试时驱动一个LED发光管。实际可改作它用。