基于DS18B20数字温度传感器的温度计设计

本报告为哈尔滨工业大学电子与信息工程学院大二学期微机原理课程的课设报告。请注意，本文所述代码均在Quartus II 13.0程序内使用汇编语言运行。

利用数字温度传感器DS18B20与AT89C51单片机结合来测量温度，并在LED数码管上显示相应的温度值。温度测量范围为-55~125℃，精确至0.5℃。测量的温度采用数字显示，用三位共阳极LED数码管来实现温度显示。

DS18B20数字温度传感器是美国DALLAS半导体公司推出的一种改进型具有单总线接口的智能温度传感器。与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字读数方式。DS18B20的基本性能及详细资料请参考相关资料。

DS18B20数字温度传感器数据端口DQ接于P1.7，单片机接电源和晶振，八位共阳数码管位选接于P1.2~P1.6，断码接于P0.0~P0.7并连接排阻。

基本功能实现方法 利用 DS18B20 数字温度传感器的数据传输机制编写程序，将温度数值从温度传感器中取回到 AT89C51 之中，再根据数据的转换形式，在单片机中对数据进行处理变换成十进制，并动态显示在数码管中。

扩展创新设计 根据实验要求：精度在 0.5℃范围内，则不必四舍五入，取出整数部分直接处理，只需考查数据的小数第一位，来决定小数点显示位置显示 0 或者 5，便可保证精度；并且在个位位置附加上小数点；最后补充符号位，负温度时显示负号。

首先需要了解 DS18B20 的数据传输方式，因为这一芯片只有一个数据通信口，需要遵守严格的时序，脉冲的规则，介绍如下。

首先设定 DQ 为总线数据位，连接于 P1.7。

主机首先发出一个 480~960us 的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的480us 时间内对总线进行检测，如果有低电平出现说明总线上有器件已做出应答。若无低电平出现一直都是高电平说明总线上无器件应答。

作为从器件的 DS18B20 在一上电后就一直在检测总线上是否有 480-960 us 的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待 15-60us 后将总线电平拉低60~240us 做出响应存在脉冲，告诉主机本器件已做好准备。若没有检测到就一直在检测等待。

这一段程序设计加入 FLAG 位变量作为传感器是否相应，正常工作的标志：

写周期最少为 60us，最长不超过 120us。写周期一开始做为主机先把总线拉低1us 表示写周期开始。随后若主机想写 0，则继续拉低电平最少 60us 直至写周期结束，然后释放总线为高电平。若主机想写 1，在一开始拉低总线电平 1us 后就释放总线为高电平，一直到写周期结束。而做为从机的 DS18B20 则在检测到总线被拉底后等待 15 us 然后从 15us 到 45us 开始对总线采样，在采样期内总线为高电平则为1，若采样期内总线为低电平则为 0。

写入要遵守规则，需要先复位，跳过 ROM，才能进行读写，更改初值等操作。

对于读数据操作时序也分为读 0 时序和读 1 时序两个过程。读时隙是从主机把单总线拉低之后，在 1us 之后就得释放单总线为高电平，以让 DS18B20 把数据传输到单总线上。DS18B20 在检测到总线被拉低 1us 后，便开始送出数据，若是要送出0 就把总线拉为低电平直到读周期结束。若要送出 1 则释放总线为高电平。主机在一开始拉低总线 1us 后释放总线，然后在包括前面的拉低总线电平 1us在内的 15us 时间内完成对总线进行采样检测，采样期内总线为低电平则确认为0。采样期内总线为高电平则确认为 1。完成一个读时序过程，至少需要 60us 才能完成。

读数代码如下，在读数的时候要同样要复位，跳 ROM，写入操作码再读写。

由于温度传感器的温度精度为 0.0625℃，对于要求的精度太高，可以适当减少精度，使小数点后四位仅余一位有效，在符合条件的情况下理想化后三位。

主程序应完全按照通信规则进行。

DS18B20 单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，如果出现序列混乱，1-WIRE 器件将不响应主机，因此读写时序很重要。系统对 DS18B20 的各种操作必须按协议进行。根据 DS18B20 的协议规定，微控制器控制 DS18B20 完成温度的转换必须经过以下三个步骤 ：

现在我们做的是让DS18B20进行一次温度转换，那具体操作如下：

读取 RAM 内的温度数据同样也要接照三个步骤：

故主函数设置如下：

对于传回的数据，DS18B20 的数据格式如下：

故我们可以由如下步骤分析：

实际代码如下：

至此，课程设计原理全部介绍完毕。

经过试验得到如下仿真结果：

-32.3℃显示结果 49.6℃显示结果 113.2℃显示结果

完整程序代码：