基于AT89C51、DS18B20温度传感器的电锅炉温度控制系统设计

图3.3 DS18B20内部结构图

3.3.1DS18B20基本知识

DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率，及把用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。DS18B20的性能是新一代产品中最好的。性价比也非常出色。DS18B20开辟了温度传感器技术的新概念，DS18B20的电压、特性及封装有更多的选择。

DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电的电源输入端，内部结构图如图3-3所示。

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。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。

温度传感器模块采用DS18B20，主要功能是实时将水温温度数据返回单片机，将模拟信号转换为数字信号，便于数据处理与决策，由于此模块直接决定整个系统能否正常运行，所以是系统的核心模块。

3.3.2DS18B20产品的特点

（1）只要求一个端口即可实现通信。

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（2）在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。 （3）实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。 （4）测量温度范围在－55。C到＋125。C之间。 （5）数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。 （6）内部有温度上、下限告警设置。

DS18B20的引脚介绍

TO－92封装的DS18B20的引脚排列见图5，其引脚功能描述见表1。

图5底视图

表1 DS18B20详细引脚功能描述

序号 1 2 3 名称 GND DQ VDD 引脚功能描述 地信号 数据输入/输出引脚。 可选择的VDD引脚。 4．DS18B20的使用方法 由于DS18B20采用的是1－Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对STC89C52单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。 由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。 DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程，如图7所示。 对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。 DS18B20的写时序分为写0时序和写1时序两个过程，如图8所示。

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对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。

3.3.3 DS18B20的4个主要部件

（1）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。

（2）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，温度格式如表2所示：

表2 DS18B20温度值格式表

Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 LS Byte 23 22 21 20 2-1 2-2 2-3 2-4 MS Byte S Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit 9 Bit 8 S S S S 26 25 24

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。DS18B20温度数据如表3所示：

表3 DS18B20 温度数据表

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TEMPERATURE DIGITAL OUTPUT DIGITAL OUTPUT (Binary) (Hex) +125℃ +85℃ +25.0625℃ +10.125℃ +0.5℃ 0℃ -0.5℃ -10.125℃ -25.0625℃ -55℃ 0000 0111 1101 0000 0000 0101 0101 0000 0000 0001 1001 0001 0000 0000 1010 0010 0000 0000 0000 1000 0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1000 1111 1111 0101 1110 1111 1110 0110 1111 1111 1100 1001 0000 07D0h 0550h 0191h 00A2h 00008h 00000h FFF8h FF5Eh FE6Eh FC90h The power –on reset value of the temperature resister is +85℃

（3）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TH、TL 和结构寄存器。

（4）配置寄存器

该字节各位的意义如表4所示：

表4 配置寄存器结构

TM R1 R0 1 1 1 1 1 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5所示：

表5 温度值分辨率设置表

R1 0 0 1 1 R0 0 1 0 1 分辨率 9位 10位 11位 12位 温度最大转换时间 93.75ms 187.5ms 375ms 750ms 由表5可见，设定的分辨率越高，所需要的温度转换时间就越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑，视设备的实际需要来选择分辨率。

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