温度检测与控制实验报告

实验三十二温度传感器温度控制实验

一、实验目的

1.了解温度传感器电路的工作原理

2.了解温度控制的基本原理

3.掌握一线总线接口的使用

二、实验说明

这是一个综合硬件实验，分两大功能：温度的测量和温度的控制。

1.DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20简介

Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820 是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产

品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V～ 5.5V 的电压范围，使系统设计更灵活、方便。

DS18B20测量温度范围为- 55°C～+125°C，在 -10 ～+85°C范围内 , 精度为± 0.5 °C。DS18B20可以程序设定9～ 12 位的分辨率，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。

DS18B20内部结构

DS18B20内部结构主要由四部分组成：的温度报警触发器TH和 TL、配置寄存器。64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发DS18B20的管脚排列如下:

DQ为数字信号输

入

/ 输出端； GND为电源地； VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。

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。

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。

LS Byte:

Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0

232221202-12-22-32-4 MS Byte:

Bit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8

S S S S S262524这是 12 位转化后得到的12 位数据，存储在 18B20 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。

温度数据输出（二进制）数据输出（十六进制）

+125℃0000 0111 1101 000007D0h

+85℃0000 0101 0101 00000550h

+25.0625 ℃0000 0001 1001 00010191h

+10.125 ℃0000 0000 1010 001000A2h

+0.5 ℃0000 0000 0000 10000008h

0℃0000 0000 0000 00000000h

-0.5 ℃1111 1111 1111 1000FFF8h

-10.125 ℃1111 1111 0101 1110FF5Eh

-25 .0625 ℃1111 1110 0110 1111FE6Fh

-55 ℃1111 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

E2RAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、 TL 和结构寄存器。

暂存存储器包含了8 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。第三个和第四个字节是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，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。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。

该字节各位的意义如下：

TM R1R011111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，如下表所示：（ DS18B20出厂时被设置为 12 位）

分辨率设置表 :

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，最后发送RAM指令，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，DS18B20收到信号后等待16～ 60微秒左右，后发出60～ 240微秒的存在低脉冲，主CPU收

到此信号表示复位成功。

2.本实验在读取温度的基础上，完成类似空调恒温控制的实验。用加热电阻代替加热电机,制冷采用自然冷却。温度值通过LED静态显示电路以十进制形式显示出来，同时显示电

路还将显示设定的恒温值，通过键盘可以改变设定值。按一次‘升高’键, 恒温值加1℃，按一次‘降低’键 , 恒温值减小 1℃。恒温值在 2℃～ 50℃范围内可调。当实际温度低于设定的恒定温度 2℃时，单片机发出指令信号，继电器吸合，红色 LED点亮，加热电阻开始加热。

当温度超过设定的恒温值2℃时，单片机发出指令信号，继电器断开，红色LED熄灭，加热电阻停止加热，制冷采用自然冷却。

三、实验内容及步骤

1. 用串行数据通信线连接计算机与仿真器，把仿真器插到模块的锁紧插座中，请注意仿真器的方向：缺口朝上。

2.打开 Keil uVision2 仿真软件，首先建立本实验的项目文件，接着添加“ DS18B20.ASM”源程序，编译无误后，全速运行程序。

3. 程序正常运行后，按下自锁开关‘控制’。5LED数显为“ XX20”，“XX”为十进制温度测量值，当气温低于0℃，或者模拟信号输入端的电位器没有逆时针旋到底时，温度值前

面出现“ - ”号。“ 20”为十进制温度设定值，按设定键‘升高’、‘降低’可以改变设定值。

当测量值小于设定值 2 个字时，加热启动，当实际值超过设定值 2 个字时，加热停止。

4.可把源程序编译成可执行文件，烧录到89C51 芯片中。

四、源程序

LEDBUF EQU60H；显示缓存 1

TEMP EQU65H；显示缓存 2

UP EQU 1； 1 键定义为增加键

DOWN EQU2； 2 键定义为减小键

LOWLIMIT EQU2；设定值最低为2

HIGHLIMIT EQU50；设定值最高为50

FLAG1EQU38H；是否检测到DS18B20标志位

SETTEMP EQU50H；温度设定值缓存

CURTEMP EQU 29H；温度实际值缓存

DIN BIT P3.0；串行显示数据口

CLK BIT P3.1；串行显示时钟口

ORG0000H

LJMP START

ORG0100H

START:MOV SETTEMP, #20；设定值初值 20 MLOOP:LCALL TESTKEY；测试键盘是否有键按下CJNE A,#03H,KEYPRESSED；有键按下，处理按键MLOOP1:ACALL DISPLAYRESULT；无键按下，调显示

ACALL DISPLAYLED

ACALL GET_TEMPER；调用读温度子程序

MOV A, CURTEMP

JB ACC.7, LE0；为负值

CLR C