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1、 编号: 毕业论文毕业论文(设计设计) 题 目 多路温度检测系统的设计 指导教师 邓广福 学生姓名 俞国印 学 号 200711705133 专 业 机械设计制造及其自动化 教学单位 德州学院机电工程系 （盖章） 二 O 一一年五月一日 德州学院毕业论文（设计）课题说明书 2010 年 12 月 20 日 题 目多路温度检测系统的设计 指 导 教 师邓广福职 称讲师 主要研究方向机电工程 选题的主要目的和意义： 现在有很多场合需要对其温度进行实时检测如娱乐场合 KTV、宾馆、大型超市、粮 库、锅炉等，而这些场合需要进行多点全方位的温度检测，并且要求检测系统要快速、 准确、可靠、经济、简单，这样

2、就可以防止易燃场所的火灾发生、控制各个锅炉的温度， 多路温度检测系统的研究不仅使我们能够较安全的生活、工作、娱乐，并且具有广阔的 市场前景。 国内外研究现状和发展趋势： 现在国内外对多路温度检测系统的研究不多，他们的研究大都应用到高端的产品或 特殊的场所，因此现有的温度检测系统都比较麻烦昂贵，而对普通场合的温度检测系统 研究较少，现在人们逐渐认识到对这些普通场合如娱乐场合 KTV、宾馆、大型超市、粮 库、锅炉等的温度检测也相当重，因此快速、准确、可靠、经济、简单的多路温度检测 系统有很大的发展潜力，人们越来越需要这样的系统。 教学单位领导小组审批意见： 组长签名： 年 月 日 德州学院毕业论文

3、（设计）任务书 2011 年 12 月 20 日 院 系机电工程系专 业机械设计制造及其自动化 姓 名俞国印学 号200711705133 论文题目：多路温度检测系统的设计 论文内容与要求： 该论文主要是研究多路温度检测系统的设计，对同一场所进行全方位的温度检 测，也就是说多点温度采样，实时的把特定地点的温度情况发送给我们，这样就可 以根据系统所发送的温度情况采取相应的措施，因此要求所设计的系统必须要快速、 准确、可靠、经济、简单。将这几方面要求统一于一整体系统，使多路温度检测的 系统可行并有很大的市场潜力，这样就会有很好的发展前景。根据系统的要求核心 芯片选择 STC89C52 单片，温度检

4、测芯片选择美国 DALLAS 半导体公司的 DS18B20，DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司继 DS1820 之后最新推出的一种改 进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，其能够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 912 位的数字值读数方式，并且它是世界上第一 片支持 “一线总线“接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻 松地组建传器网络、为测量系统的构建引入全新概念。 论文开始日期2011 年 1 月 20 日 论文完成日期2011 年 5 月 1 日 指 导 教 师邓广福教研室主任 德州学院毕业论文（设计）开题报告书 2011 年 01

5、 月 20 日 院（系）机电工程系专 业机械设计制造及其自动化 姓 名俞国印学 号200711705133 论文（设计）题 目 多路温度检测系统的设计 一、选题目的和意义 现在有很多场合需要对其温度进行实时检测如娱乐场合 KTV、宾馆、大型超市、粮 库、锅炉等，而这些场合需要我们进行多点全方位的温度检测，并且要求检测系统要快 速、准确、可靠、经济、简单，这样就可以防止易燃场所的火灾发生、控制各个锅炉的 温度，多路温度检测系统的研究不仅使我们能够较安全的生活、工作、娱乐，并且具有 广阔的市场前景。 二、本选题在国内外的研究现状和发展趋势 现在国内外对多路温度检测系统的研究不多，他们的研究大都应用

6、到高端的产品或 特殊的场所，因此现有的温度检测系统都比较麻烦昂贵，而对普通场合的温度检测系统 研究较少，现在人们逐渐认识到对这些普通场合如娱乐场合 KTV、宾馆、大型超市、粮 库、锅炉等的温度检测也相当重，因此快速、准确、可靠、经济、简单的多路温度检测 系统有很大的发展潜力，人们越来越需要这样的系统。 三、课题设计方案 研究设计的基本内容和观点：该设计主要是多路温度检测系统的设计，系统对同一 场所进行全方位的温度检测，也就是说多点温度采样，实时的把特定地点的温度情况发 送给我们，这样我们就可以根据系统所发送的温度情况采取相应的措施，因此要求所设 计的系统必须要快速、准确、可靠、经济、简单。 根

7、据系统的要求我们的核心芯片选择 STC89C52 单片，温度检测芯片选择美国 DALLAS 半导体公司的 DS18B20，DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司继 DS1820 之 后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，其能够直接读出被 测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现 912 位的数字值读数方式，并且它是 世界上第一片支持 “一线总线“接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用 户可轻松地组建传器网络、为测量系统的构建引入全新概念。 用 keil 软件编写 C51 程序，C51 语言与 C 语言有很大相似的地方，比汇编语言易于 理解和编写且易

8、于移植减少开发周期。 四、计划进度安排 毕业论文（设计）的进度计划： 2011.1.03 - 2011.1.15 收集资料和文献，在教师指导下选题和构思论文。 2011.1.16 - 2011.2.20 进一步收集、分析资料，清理思路，完成开题报告。 2011.2.21 - 2011.3.17 整理资料，确定论文内容，完成论文初稿。 2011.3.18 - 2011.4.06 根据导师提出的意见，对论文做进一步的修改和完善。 2011.4.07 - 2011.4.25 完成中期检查表，根据导师提出的定稿意见，做最后完善。 2011.4.26 - 2011.5.20 提交论文定稿的电子版给导师，

9、参加论文答辩。 2011.5.21 论文答辩。 五、主要参考文献 参考文献： 1万君福等.单片机原理系统设计与开发应用M.中国科学技术出版社,1995.15. 2何立民.单片机高级教程-应用与设计M.北京:北京航空航天大学出版社,2000.5659. 3 Hnrain. 单线数字温度传感器 DS18B20 原理及其应用EB/OL. ，2008. 4胡汉才.单片机原理及其接口技术M.北京.清华大学出版社,2000.8490. 5求是科学.8051 系列单片机 C 程序设计完全手册 M .人民邮电出版社， 2006.518523. 指导教师意见及建议： 签名： 年 月 日 教学单位领导小组审批意见

10、： 组长签名： 年 月 日 德州学院毕业论文（设计）中期检查表 院(系)：机电工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 2011 年 4 月 07 日 毕业论文题目： 多路温度系统的设计 学生姓名俞国印学 号200711705133 指导教师邓广福职 称讲师 计划完成时间：2011 年 5 月 20 日 毕业论文（设计）的进度计划： 2011.1.03 - 2011.1.15 收集资料和文献，在教师指导下选题和构思论文。 2011.1.16 - 2011.2.20 进一步收集、分析资料，清理思路，完成开题报告。 2011.2.21 - 2011.3.17 整理资料，确定论文内容，完成论文初稿。

11、2011.3.18 - 2011.4.06 根据导师提出的意见，对论文做进一步的修改和完善。 2011.4.07 - 2011.4.25 完成中期检查表，根据导师提出的定稿意见，做最后完 善。 2011.4.26 - 2011.5.20 提交论文定稿的电子版给导师，参加论文答辩。 2011.5.21 论文答辩。 完成情况： 到目前为止下文内容的详细资料已基本整理完成，现在正进一步的收集更多相 关的资料，并加以分析与整理，按设计要求理清设计思路，依据评阅后的开题报告 和设计任务书上老师给出的指导意见，在老师的指导帮助下开始撰写论文初稿。 指导教师评议（指出优点和不足，如有其它建议，可另附页） 签

12、 名： 年 月 日 备 注： 目目 录录 摘要及关键词.1 1 引言.1 1.1 研究背景.1 1.2 发展现状与趋势.2 2 硬件电路设计.2 2.1 总体设计.2 2.2 电源电路设计.3 2.3 复位电路设计.4 2.4 时钟电路设计.4 2.5 串口通信设计.5 2.6 移位寄存器电路设计.6 2.7 数码管显示电路设计.7 2.8 温度传感器电路设计.9 3 软件设计.14 4 实验分析及结论.21 5 总结.23 参考文献.24 谢 辞.26 附录一 系统总的电路原理图.27 附录二 获得 ROM ID 程序28 附录三 系统总程序.31 德州学院 机电工程系 2011 届 机械设

13、计制造及其自动化专业 毕业论文（设计） 1 多路温度检测系统的设计多路温度检测系统的设计 俞国印 （德州学院机电系，山东德州 253023） 摘摘 要要：现在有很多场合需要对其温度进行实时检测如粮库、锅炉等，本设计主要是研究多路温 度检测系统的建立及应用。多路温度检测系统有快速、准确、可靠、经济、简单的要求，因此选择 STC89C52 为核心控制芯片；传感器选用 DS18B20 芯片，该芯片包含一个特定的序列号，多芯片可以 通过一根总线相连；显示部分采用数码管，考虑到单片机的引脚有限，用移位寄存器 74HC595 驱动数 码管；电源部分用到 LM7805 稳压芯片，使系统的电压更加稳定；用串口

14、向单片机下载程序，电平转 换芯片用 MAX232。最后由实验所测温度范围为-55C125C 在-10C+85C 范围内,精度为0.5 C，满足设计要求。 关键词关键词：多路温度检测；STC89C52 单片机；DS18B20 温度传感器 1 引言 1.1 研究背景 目前一些需要严格控制环境温度的重要场所越来越多比如娱乐场合 KTV、宾馆、大 型超市、粮库、锅炉、还有计算机房等。在这些场合一般都需要设置温度监控系统，以 期起到保护特定资产或者确保系统平稳运行的效果。此外在隧道、铁路、地铁、机场、 船舱等交通运输领域和油罐、煤仓、货仓、军工厂，弹药库等危险品区域，温度监控通 常是最基本的环境监测元素

15、。 现在国内外对多路温度检测系统的研究不多，他们的研究大都应用到高端的产品或 特殊的场所，因此现有的温度检测系统都比较麻烦昂贵，而对普通场合的温度检测系统 研究较少，现在人们逐渐认识到对这些普通场合如娱乐场合 KTV、宾馆、大型超市、粮 库、锅炉等的温度检测也相当重，因此快速、准确、可靠、经济、简单的多路温度检测 系统有很大的发展潜力，人们越来越需要这样的系统。 单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力 的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时 器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路

16、转换器、A/D 转 换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。凡是与控制或简单 计算有关的电子设备都可以单片机来实现。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械 产品中都会集成有单片机1。 DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司继 DS1820 之后最新推出的一种改进型智能温 度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够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 912 位的数字值读数方式。使用 DS18B20 可使系统结构更趋简单，可 德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计） 2 靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离

17、、分辨率等方面较 DS1820 有了很大的改 进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。DS18B20 支持一线总线接口，一 根线可以控制多个 DS18B20，节约单片机有限的引脚2。 1.2 发展现状与趋势 一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调理电路、A/D 转换及相应的接口 电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。这样，由于各 种因素会造成检测系统较大的偏差；又因为检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远 及各种干扰的影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降 。 DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司继 DS1820 之后最新推出的一种改进型智能

18、温 度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够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 912 位的数字值读数方式。使用 DS18B20 可使系统结构更趋简单，可 靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较 DS1820 有了很大的改 进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。温度传感器的发展会越来越集成 化数字化3。 2 硬件电路设计 2.1 总体设计 要建一个稳定的系统首先要设计一个可靠的硬件系统，在构建硬件系统时，我们根 据系统要求来选择合适的单片机芯片、温度传感器等。为了便于设计先设计一硬件布局 方框图，在这里先设计含有两个温度传感器系统，电路原理图见附

19、录一，硬件框图如图 1 所示。含有三个温度传感器或更多的传感器设计与上图类似。 串 口 MAX232 STC89C52 电源 DS18B20- BB DS18B20-A 7HC5957HC595 数码管 B 数码管 A 图 1 硬件框图 德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计） 3 STC89C52 是我们的核心控制芯片，负责温度数据的采集及驱动控制周围的硬件部件； 图 1 中的 DS18B20 是两个温度传感器，它们组成了一个两器件的单线总线，这两个传感 器有不同的 ROM ID，可以使 STC89C52 单片机互不干扰的控制各个传感器；74HC595

20、 是 8 位移位寄存器，实际上也就是串行数据转并行数据，可以节约单片机的有限引脚资 源；显示部分用数码管，因为数码管易于控制并且经济实用；STC 系列的单片机支持串 口下载程序，因此在此系统采用串口下载程序，MAX232 是电平转换芯片；设计了一个 电源部分，因为系统要用一个稳定的电压，该部分用到了 LM7805 稳压芯片，使系统有 可靠的电压，增加系统的可靠性。 2.2 电源电路设计 电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的 78系列和负电压输出的 79系列。故名思义，三端 IC 是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是 输入端、接地端和输出端电路图。 用 78/79 系列

21、三端稳压 IC 来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、 过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压 IC 型 号中的 78 或 79 后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如 7806 表示输出电压 为正 6V，7909 表示输出电压为负 9V，我们选择 7805 电路原理图如图 2 所示。 IN 1 GND 2 OUT 3 78XX 7805 + C1 470uF + C4 470uFC2 0.1uF C3 0.1uF R3 1k 整流桥 220V 交流 LED1 VCC GND +5V 图 2 电源电路原理图 电源部分一路通过三端稳压芯片

22、LM7805 稳压成 5 伏直流电源提供给单片机系统使 用，右边两个电容是 5 伏电源的滤波电容，电阻和绿色的 LED 组成 5 伏电源的工作指示 电路，只要电源部分正常，绿色的 LED1 就会点亮，我们可以根据这个 LED 来判断整个 电源部分是否工作正常。 德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计） 4 2.3 复位电路设计 复位是单片机的初始化操作，只需给单片机的复位引脚 RST 加上大于 2 个机器周期 （即 24 个时钟振荡周期）的高电平就可以使单片机复位。复位电路通常采用上电复位和 按钮复位两种方式。 上电复位是通过外部复位电路的电容充电来实现

23、的。电容在上接高电平，电阻在下 接地，中间为 RST。这种复位电路的工作原理是：通电时，电容两端相当于是短路，于 是 RST 引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RST 端电压慢慢下降，降到一 定程序，即为低电平，单片机开始正常工作。 手动复位：首先经过上电复位，当按下按键时，RST 直接与 VCC 相连，为高电平形 成复位，同时电解电容被短路放电；按键松开时，VCC 对电容充电，充电电流在电阻上， RST 依然为高电平，仍然是复位，充电完成后，电容相当于开路，RST 为低电平，正常 工作，电路原理图如图 3 所示。 R2 1K R1 10K C5 10UF S2 SW-PB VCC

24、RST 图 3 复位电路硬件电路图 2.4 时钟电路设计 石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控 器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号 和为特定系统提供基准信号。 石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振 器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片， 它可以是正方形、矩形或圆形等） ，在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极 上各焊一根引线接到管脚 上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶 德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造

25、及其自动化专业 毕业论文（设计） 5 体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的，图 4 是晶振的电路原理图。 X1 11.0592M C1 30P C2 30P XTAL1 XTAL2 图 4 时钟电路图 2.5 串口通信设计 串行接口 Serial Interface 是指数据一位位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要 一对传输线就可以实现双向通信，并可以利用电话线，从而大大降低了成本，特别适用 于远距离通信，但传送速度较慢。一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称 为串行通讯。串行通讯的特点是：数据位传送，传按位顺序进行，最少只需一根传输线 即可完成

26、；成本低但送速度慢。串行通讯的距离可以从几米到几千米；根据信息的传送 方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种4。 STC 系列单片机支持在线编程，使用串口是可以烧写芯片的，但是和 PC 计算机的 串口连接时需要硬件电路和软件的配合。硬件电路需要电平转化，可以用 MAX232 芯片， 电路图如图 5 所示。 1 6 2 7 3 8 4 9 5 C? DB9 C3 104 C4 104 C5 104 C6 104 C7 104 VCC P3.0 P3.1 C1+ 1 V+ 2 C1- 3 C2+ 4 C2- 5 V- 6 2OUT 7 2IN 8 2OUT 9 2IN 10 1IN

27、11 1OUT 12 1IN 13 1OUT 14 GND 15 VCC 16 MAX232 图 5 串口电路 德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计） 6 2.6 移位寄存器电路设计 图 6 74595 外形图 移位寄存器用的是 74HC595，其数据端： Q0Q7: 八位并行输出端，可以直接控制数码管的 8 个段。 Q7: 级联输出端。我将它接下一个 595 的 DS 端。 DS: 串行数据输入端。 外形如上图 6。 74595 的控制端说明： (10 脚): 低点平时将移位寄存器的数据清零。通常我将它接 Vcc。MR SH_CP(11 脚)：上升沿

28、时数据寄存器的数据移位。Q0Q1Q2.Q7；下降沿 移位寄存器数据不变（脉冲宽度：5V 时，大于几十纳秒就行了。我通常都选微秒级） 。 ST_CP(12 脚)：上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存 器数据不变。通常我将 ST_CP 置为低点平，当移位结束后，在 ST_CP 端产生一个正脉冲 （5V 时，大于几十纳秒就行了。我通常都选微秒级） ，更新显示数据。 (13 脚): 高电平时禁止输出（高阻态） 。如果单片机的引脚不紧张，用一个引脚OE 控制它，可以方便地产生闪烁和熄灭效果。比通过数据端移位控制要省时省力。 74595 的主要优点是具有数据存储寄存器，在移位的过程

29、中，输出端的数据可以保持 不变。这在串行速度慢的场合很有用处，数码管没有闪烁感5。 德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计） 7 图 7 时序图 根据时序图 7 可以编写程序控制芯片。 2.7 数码管显示电路设计 单片机系统中常用的显示器有：发光二极管 LED(Light Emitting Diode)显示器、液晶 LCD(Liquid Crystal Display)显示器、CRT 显示器等。LED、LCD 显示器有两种显示结构： 段显示（7 段、米字型等）和点阵显示（58、88 点阵等） ，在此用应用 LED 显示器。 共阴极 共阳极 图 8 数码管

30、电路 使用 LED 显示器时，要注意区分这两种不同的接法如图 8。为了显示数字或字符， ab c d e g GND f d p GND a b c e f g d d p a b c d e f g d p d p g f e d c b a 5 V （a）（b） 德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计） 8 必须对数字或字符进行编码。七段数码管加上一个小数点，共计 8 段（共阳极不带小数 点编码见表 2，共阳极带小数点编码见表 3）。因此为 LED 显示器提供的编码正好是一个 字节。 表 1 共阳极不带小数点编码 编码 0xc 0 0Xf 9 0xa

31、 4 0xb 0 0x9 9 0x9 2 0x8 2 0xf 8 0x8 0 0x9 0 0x8 8 0x8 3 0xc 6 0xa 1 0x8 6 0x8 e 0x0 0 0123456789ABCDEF 无 显 示 表 2 共阳极带小数点编码 共阳极数码管编码表 0x4 0 0x7 9 0x2 4 0x3 0 0x1 9 0x1 2 0x0 2 0x0 2 0x7 8 0x0 0 0x1 0 0x0 8 0x0 3 0x4 6 0x2 1 0x0 6 0x0 e 0.1.2.3.4.5.6.7.8.9.A.B.C.D.E.F. 无 显 示 LED 显示器工作方式有两种：静态显示方式和动态显

32、示方式。静态显示的特点是每 个数码管的段选必须接一个 8 位数据线来保持显示的字形码。当送入一次字形码后，显 示字形可一直保持，直到送入新字形码为止。这种方法的优点是占用 CPU 时间少，显示 便于监测和控制。缺点是硬件电路比较复杂，成本较高。 动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数 码管有效。选亮数码管采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出 字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数 码管同时都在显示。动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略 小于静态显示电路中的。动态显示的特点是将所有位

33、数码管的段选线并联在一起，由位 选线控制是哪一位数码管有效。这样一来，就没有必要每一位数码管配一个锁存器，从 而大大地简化了硬件电路。选亮数码管采用动态扫描显示 6。 电路的开关控制选用的是三极管，三极管有 NPN 型和 PNP 型两种型号，系统选的是 共阳极的数码管，51 单片机的引脚复位时都处于 1 即高电位，因此应选 PNP 型的三极管 有利于实现控制，在默认状态下数码管是不会亮的，在这里我们选择的三极管的型号为 S8550。 德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计） 9 2.8 温度传感器电路设计 （1） 内部原理结构 电 源 检 测 64 位

34、ROM 和 单线 接口 高速 缓存 存储器 存储器和控制器 8 位 CRC 生成器 温度灵敏元件 低温触发器 高温触发器 配置寄存器 图 9 内部结构 DSl8B20 通过门开通期间内低温度系数振荡器经历的时钟周期个数计数来测量温度， 而门开通期由高温度系数振荡器决定。计数器予置对应于-55的基数，如果在门开通期 结束前计数器达到零，那么温度寄存器也被予置到-55的数值增量，指示温度高于-55。 同时，计数器用斜率累加器电路所决定的值进行予置。为了对遵循抛物线规律的振荡器 温度特性进行补偿，这种电路是必需的。时钟再次使计数器计值至它达到零，如果门开 通时间仍未结束，那么此过程再次重复7。 DS

35、18B20 有 4 个主要的数据部件（图 9）： DS18B20 的 ROM 光刻 ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20 的地址 序列码。64 位光刻 ROM 的排列是：开始 8 位（28H）是产品类型标号，接着的 48 位是 该 DS18B20 自身的序列号，最后 8 位是前面 56 位的循环冗余校验码 （CRC=X8+X5+X4+1） 。光刻 ROM 的作用是使每一个 DS18B20 都各不相同，这样就可 以实现一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的，因此多个 DSl8B20 可以存在于同一条单 线总线上。这允许在许多不同的地方放置温度灵敏器件

36、。此特性的应用范围包括 HVAC 环境控制，建筑物、设备或机械内的温度检测，以及 过程监视和控制中的温度检测8。 DS18B20 的 RAM DS18B20 中的温度传感器可完成对温度的测量，以 12 位转化为例：用 16 位符号扩 德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计） 10 展的二进制补码读数形式提供，以 0.0625/LSB 形式表达，其中 S 为符号位如表 3。 表 3 DS18B20 温度值格式表 这是 12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 DS18B20 的两个 8 比特的 RAM 中，二 进制中的前面 5 位是符号位，如果测得的温度

37、大于 0，这 5 位为 0，只要将测到的数值乘 于 0.0625 即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加 1 再 乘于 0.0625 即可得到实际温度。例如+125的数字输出为 07D0H，+25.0625的数字输 出为 0191H，-25.0625的数字输出为 FF6FH，-55的数字输出为 FC90H，部分温度数 据如表 4。 表 4 DS18B20 温度数据表 温度二进制十六进制 +1250000 0111 1101 000007D0h +850000 0101 0101 00000550h +25.06250000 0001 1001 0001019

38、1h +10.1250000 0000 1010 001000A2h +0.50000 0000 0000 10000008h 00000 0000 0000 00000000h -0.51111 1111 1111 1000FFF8h -10.1251111 1111 0101 1110FF5Eh -25.06251111 1110 0110 1111FE6Fh -551111 1100 1001 0000FC90h DS18B20 温度传感器的存储器 DS18B20 温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失性的可电 擦除的 EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器 T

39、H、TL 和结构寄存器。 高速暂存存储器由 9 个字节组成，其分配如表 5 所示。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 0 和第 1 个字节。单片 Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0 低位232221202-12-22-32-4 Bit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8 高位SSSSS262524 德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计） 11 机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后。对应的温度计算：当符号 位 S=0 时，直接将

40、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。第九个字节是冗余检验字节。 表 5 寄存器地址及内容 寄存器内容字节地址 温度值低位0 温度值高位1 高温度限值 TH2 低温度限值 TL3 配置寄存器4 保留5 保留6 保留7 CRC 检验8 配置寄存器 该字节各位的意义如表 6。 表 6 配置寄存器结构 置寄存器结构 TMR1R011111 低五位一直都是 1，TM 是测试模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试 模式。在 DS18B20 出厂时该位被设置为 0，用户不要去改动。R1 和 R0 用来设置分辨率， 如表 7 所示（DS18B20 出厂时被

41、设置为 12 位） 。 表 7 分辨率设置 R1R0分辨率温度最大转换时间 009 位93.75ms 0110 位187.5ms 1011 位375ms 1112 位750ms 根据 DS18B20 的通讯协议，主机控制 DS18B20 完成温度转换必须经过三个步骤：每一次 读写之前都要对 DS18B20 进行复位，复位成功后发送一条 ROM 指令（表 8） ，最后发送 德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计） 12 RAM 指令（表 9） ，这样才能对 DS18B20 进行预定的操作。复位要求主 CPU 将数据线下 拉 500 微秒，然后释放，DS18

42、B20 收到信号后等待 1660 微秒左右，后发出 60240 微 秒的存在低脉冲，主 CPU 收到此信号表示复位成功。 表 8 ROM 指令表 指令约定代码功能 读 ROM33H读 DS1820ROM 中的编码（即 64 位地址） 符合 ROM55H 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 使之作出响应，为下一步 DS1820 的读写作准备。 搜索 ROM0F0H 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 ROM0CCH忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820

43、发温度变换命令。适用于单片工作。 告警搜索命令0ECH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。 表 9 RAM 指令表 指令约定代码功能 温度变换44H 启动DS1820进行温度转换，转换时最长为500ms（典型为200ms）。结果存入内部9 字节RAM中。 读暂存器0BEH内部 RAM 中 9 字节的内容 写暂存器4EH 发出向内部 RAM 的 3、4 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。 复制暂存器48H将 RAM 中第 3、4 字节的内容复制到 EEPROM 中。 重调 EEPROM 0B8H将 EEPROM 中内容恢复到 RAM 中的第 3、4

44、 字节。 读供电方式0B4H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 的读写时序和测温原理与 DS1820 相同,只是得到的温度值的位数因分辨率 不同而不同，且温度转换时的延时时间由 2s 减为 750ms9。 （2） 驱动电路图 多个 DS18B20 可以建立一测温系统，为了系统可靠测温准确，我们提供一条电源线， 单独给传感器提供电源，一条数据线用于控制传感器，还有一条地线。 有两种方法确保 DSl8B20 在其有效变换期内得到足够的电源电流。第一种方法是发 德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造

45、及其自动化专业 毕业论文（设计） 13 生温度变换时，在 I0 线上提供一 强的上拉。通过使用一个 MOSFET 把 I0 线直 接拉到电源可达到这一点。当使用寄生电源方式时 VDD引脚 必须连接到地。 向 DSl8B20 供电的另外一种方法是通过使用连接到 VDD引脚的外部电源，这种方 法的优点是在 I0 线上不要求强的上拉如图 10。总线上主机不需向上连接便在温度变 换期间使线保持高电平。这就允许在变换时间内其它数据在单线上传送。此外，在单线 总线上可以放置任何数目的 DSl8B20，而且如果它们都使用外部电源，那么通过发出跳 过（Skip）ROM 命令和接着发出变换（Convert）T

46、命令，可以同时完成温度变换。注意 只要外部电源处于工作状态，GND（地）引脚不可悬空。 在总线上主机不知道总线上 DSl8B20 是寄生电源供电还是外部 VDD供电的情况下， 在 DSl8B20 内采取了措施来通知采用 的供电方案。总线上主机通过发出跳过（Skip） ROM 的操作约定，然后发出读电源命令，可以决定是否有需要强上拉的 DSl8B20 在总 线上。在此命令发出后，主机接着发出读时间片。如果是寄生供电，DSl8B20 将在单线 总线上送回“0”；如果 由 VDD 脚供电，它将送回“1”。如果主机接收到一个“0”，它知道 它必须在温度变换期间在 I0 线上供一个强的上拉10。 VCC

47、 VCC Q264.7K Q274.7K P3.5 GND 1 I/O 2 VCC 3 DS18B20 GND 1 I/O 2 VCC 3 DS18B20 图 10 DS18B20 串联电路 （3） 获得 ROM ID 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯，因为每个 DS18B20 都有一个独特的片 序列号，所以多只 DS18B20 可以同时连在一根单线总线上，这样就可以把温度传感器放 在许多不同的地方11。 在设计之前我们应该按照通讯协议获得每个传感器的 ID 号，程序请参考附录二。 德州学院 机电工程系 2011 届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计） 14 通过此程序我们可以

48、获得任何 DS18B20 的 ID 号，我们的系统先连接两个温度传感 器 A 和 B，实验得到两个传感器 A 和 B 的 ID 号如下： uchar code tablematchrom_a= 40,58,218,9, 3,0,0,168; uchar code tablematchrom_b= 40,148,221,9,3,0,0,182; 这里我们只用了两个传感器，如果有更多的传感器我们也可以一一获得 ROM ID 号， 然后连成网。 （4） 温度传感器电路图及 DS18B20 使用中注意事项 DS18B20 虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但 在实际应用中也应注意以下几方面的问题： 较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于 DS18B20 与微处理器间采 用串行数据传送，因此，在对 DS18B20 进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否 则将无法读取测温结果。在使用 PL/M、C 等高级语言进行系统程序设计时，对 DS18B20 操作部分最好采用汇编语言实现。 在 DS18B20 的有关资料中均未提及单总线上所挂 DS18B20 数量问题，容易使人 误认为可以挂任意多个 DS18B20，在实际应用