基于汇编语言的DS18B20温度传感器设计 |
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基于汇编语言的DS18B20温度传感器设计
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1 概述
1.1 课题内容 利用温度传感器DS18B20与MCS-51单片机结合来测量温度，通过一根单总线连接，即可直接读出被测温度，读出或写入信息只需要一根数据线。读出的数据用LED数码管显示，显示温度为-99.5℃到99.5℃，精确到0.5℃。测量的温度用四位数码管显示。 1.2 课题原理 DS18B20内部有一个激光刻录的唯一的64位ROM序号，内部还有用于储存测得的温度值的两个8位RAM存储器。DS18B20的工作时序包括初始化时序、写时序、读时序。通过主控制器发送高低电平，来与从机传输信号，得到DS18B20的数据内容并储存到单片机内部RAM中，通过片选LED数码管来将数据显示。 1.3 课程意义 DS18B20与MCS-51单片机通过单总线连接，通过课程设计，掌握了单总线扩展技术，理解了 机与从机之间的交互关系 2 系统设计 2.1 流程图设计 程序分成了多个子程序，由多个子程序共同完成温度的读取与显示。
图一 DS18B20温度传感器简易流程图 程序主要分为了复位模块、写时序模块、读时序模块、改变分辨率模块、温度数据转换模块、数码管显示模块。通过定义的FLAG的数据进行判断单总线上是否存在DS18B20从机。然后对其进行分辨率规定，读数据，数据转换，数据显示。
3 硬件设计 3.1 DS18B20
图二 DS18B20与51单片机的连接 DS18B20连接在单片机的P3.4口上。P3口发挥了作为I/O口的功能。通过一根单总线连接，单片机向DS18B20发出时序信号来对DS18B20做出指令。 图三 DS18B20的暂存寄存器 当单片机通过单总线读取DS18B20的数据时，总是从Byte 0的最低位开始传输的。Byte 0和Byte 1用来存储温度的第八位和高八位。本次设计只用到byte0和byte1以及用byte4的配置寄存器来设定分辨率。 图四 配置寄存器与温度分辨率的配置 配置寄存器只有bit5和bit6是可以写入的，其他不可以写入。上电默认R1R0=11（十二位分辨率），精度过太高，转换时间长，减小精度，使温度的精度为0.5℃ 3.2 LED数码管显示 数码管显示部分由四块LED八段数码管和两个锁存器组成。通过改变P2.1口的数值来改变U4的开关，然后再改变P0口的值进行选择数码管显示，以此来实现数码管的动态显示。 本次设计所要用LED1来显示正负号，用LED2显示DS18B20测得的温度数据的十位部分，用LED3来显示测得的温度数据的个位部分并显示小数点，用LED4来显示温度数据的小数部分，由于设定精度为0.5，所以LED4只会显示0或5 图五 数码管显示电路 4 软件设计 4.1 复位
图六 初始化时序 主控制器首先发送一个高电平，然后再拉低，并维持500us，然后主机转为输入状态，上大电阻将总线拉为高电平。DS18B20在上电之后就检测是否存在480-960us的低电平出现，如果有总线拉为高电平之后的50us左右等待时间后将总线拉低60-240us告诉主机DS18B20处于ready状态。复位程序中使用FLAG来做响应标志位，FLAG=1表示从机存在，FLAG=0表示从机不存在。 ;复位程序 RESET:SETB DQ ; 总线释放 NOP ; 保持高电平，延时 CLR DQ ; 总线置 0，请求响应 MOV R0,#0FBH TSR1: DJNZ R0,TSR1 ; 延时 SETB DQ ; 再释放 MOV R0,#25H TSR2: JNB DQ,TSR3 ; 改变为 0，则代表得到对应 DJNZ R0,TSR2 ; 未得到则继续等待，判断 TSR3: SETB FLAG ; 得到相应则标志位置 1，代表传感器正常存在 MOV R0,#06BH TSR4: DJNZ R0,TSR4 ; 延时 SETB DQ ; 释放总线，完成复位 RET4.2 写入数据
图七 写时序 主控制器的写时序包括写1和写0，写时序周期大于60us小于120us。每一个写时序都开始于主控制器拉低总线0-15us，若要写“0”，继续拉低总线，使总线自开始到拉高至少60us。若要写“1”，则在拉低总线开始写时序1us之后释放总线为高电平。 写入数据必须先复位然后跳过ROM，再进行读写。 ;写入数据 ; 不可超过120us，否则无法写入 WRITE:MOV R2,#8 ; 写入八位二进制码，即循环次数 CLR C ; 进位标志位初始置零 WR1: CLR DQ ; 拉低总线为写入做准备 MOV R3,#6 DJNZ R3,$ ; 延时 RRC A ; A的最低为给CY，使A从低到高写入从机 MOV DQ,C ; 将A又循环写入C，写入总线以输入到传感器 MOV R3,#23 DJNZ R3,$ ; 延时 SETB DQ ; 释放，表示此位写入完毕 NOP DJNZ R2,WR1 ; 循环八次，一次写入八位 SETB DQ ; 释放总线 RET4.3 读出数据
图八 读时序 只有在读时段期间DS18B20才能向主设备传输数据，在读数据前可以对数据进行转换为温度操作。读时段通过主控制器将总线拉低至少1us再释放总线来完成初始化，初始化完成后DS18B20会向总线发送0或1。DS18B20通过将总线拉高来发送1，将总线拉低来发送0。发送完后，总线通过上拉电阻恢复到高电平。DS18B20发送的数据在初始化后只有15us的有效时间。读出数据后延时50us。 ;读出数据 READ: MOV R4,#2 ; 读取两个八位数据，外层循环次数 MOV R1,#29H ; 立即数寻址给定存储位置 REE0: MOV R2,#8 ; 给定数据位数，是内层循环次数 REE1: CLR C ; 进位标志位初始置零 SETB C NOP NOP CLR DQ NOP NOP NOP SETB DQ ; 输入脉冲并持续2-3个机器周期 MOV R3,#7 DJNZ R3,$ ; 延时，等待传感器响应 MOV C,DQ ; 按位读出 MOV R3,#23 DJNZ R3,$ ; 延时 RRC A ; 把C存入A内 DJNZ R2,REE1 ; 循环8次 MOV @R1,A ; 存储A DEC R1 ; 更换地址 DJNZ R4,REE0 ; 循环2次 RET
4.4 温度转换
图九 RAM操作指令
图十 ROM操作指令 首先根据FLAG判断DS18B20是否存在。不存在跳回主程序，存在则写0CCH入DS18B20跳过ROM指令，然后写44H，使DS18B20温度转换。然后读时序，先复位，然后写入0CCH跳过ROM，然后写0BEH读暂存器内容。 ;得到温度并转换 GET_TEMP: SETB DQ ; 释放总线 LCALL RESET ; 复位 JB FLAG,TSS2 ; 若传感器不存在，则直接返回主程序 RET TSS2: MOV A,#0CCH 8 LCALL WRITE ; 执行跳过ROM指令 MOV A,#44H LCALL WRITE ; 执行测温指令 LCALL DISPLAY ; 不仅延时，还让程序完全生效前数码管置零 LCALL RESET ; 复位 MOV A,#0CCH LCALL WRITE ; 执行跳过ROM置零 MOV A,#0BEH LCALL WRITE ; 执行读取温度数据指令 LCALL READ ; 跳转至通信子程序 RET4.5 数据处理 ;数据处理函数 CHANGE: MOV A,29H MOV 26H,29H MOV 25H,28H MOV 24H,28H ; 在24H存储原始数据防止丢失 MOV C,25H.7 ; 存储符号位进C JNC SN1 ; 判断温度的正负，正数则跳过转补码程序 MOV A,25H CPL A ; 取补码，由于无效位置1,25H不必担心数据溢出 MOV 25H,A MOV A,26H CPL A INC A ; 由于是末位，需要加一 MOV 26H,A MOV 29H,26H MOV 28H,25H ; 在26H，25H中操作后放回29H，28H SN1: MOV C,28H.0 ; 正负温度到此均得到整数部分绝对值 RRC A MOV C,28H.1 RRC A MOV C,28H.2 RRC A MOV C,28H.3 ; 分别循环，存入A内，连续4次滤掉小数部分 RRC A ; 可分析A内八位恰为整数部分（最高位为0） JC SL0 MOV 27H,#00H AJMP SL5 SL0: MOV 27H,#05H 9 SL5: MOV 29H,A ; 为小数部分显示0和5做准备 LCALL DISPLAY ; 转入显示函数 LJMP MAIN ; 返回主函数，程序执行完毕29H存放温度低八位，28H存放温度高八位，首先将28H的最高位放在进位CY中，对CY判断，若CY=0则读取的温度为正数，若CY=1则读取的温度为负数。 若是正数，温度高八位的低四位与温度低八位的高四位组成了温度的整数部分，将28H中存放的温度高八位通过进位标志位CY传输到29H中，使温度高八位的低四位与温度低八位的高四位组合。 若是负数，则将25H中暂存的温度高八位取反，将26H中暂存的温度低八位取反加一，再放回到28H和29H，进行与正数一样的移位操作。 移位操作的最后一步可以bit3的内容存到CY中，若CY=1，则小数位为5，若CY=0，则小数位为0。最后调用显示子程序。 4.6 数码管显示 图十一 数码管显示模块 数码管显示部分由四块LED八段数码管和两个锁存器组成。通过改变P2.1口的数值来改变U4的开关，然后再改变P0口的值进行选择数码管显示，以此来实现数码管的动态显示。 本次设计所要用LED1来显示正负号，用LED2显示DS18B20测得的温度数据的十位部分，用LED3来显示测得的温度数据的个位部分并显示小数点，用LED4来显示温度数据的小数部分，由于设定精度为0.5，所以LED4只会显示0或5 ;显示函数 DISPLAY: MOV A,29H MOV B,#10 DIV AB 10 MOV ABIT,B MOV B,#10 DIV AB MOV BBIT,B MOV CBIT,A ; 此时可知CBA即为百十个位 MOV R0,#4 MOV P2,#21H ; 循环显示 DIS0: MOV R1,#250 ; 长时间延时循环 DIS1: MOV C,24H.7 JNC DIS2 ; 正数转移，负数继续 MOV R0,#0EH SETB P2.1 MOV A,R0 MOV P0,A CLR P2.1 MOV A,#40H MOV P0,A LCALL DELAY AJMP DIS3 DIS2: MOV R0,#0EH SETB P2.1 MOV A,R0 MOV P0,A CLR P2.1 MOV A,#00H MOV P0,A LCALL DELAY ; 符号位判断显示 DIS3: MOV A,27H ; 显示小数 MOV DPTR,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV R0,#07H SETB P2.1 MOV P0,R0 CLR P2.1 MOV P0,A LCALL DELAY ; 小数位判断显示 DIS4: MOV A,ABIT ;显示个位 MOV DPTR,#TAB1 MOVC A,@A+DPTR MOV R0,#0BH SETB P2.1 MOV P0,R0 CLR P2.1 MOV P0,A LCALL DELAY DIS5: MOV A,BBIT ;显示十位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV R0,#0DH SETB P2.1 MOV P0,R0 CLR P2.1 MOV P0,A LCALL DELAY RET附录 FLAG BIT F0 ; 声明传感器复位返回的标志位 DQ BIT P3.4 ; 定义DQ 作为数据传输端口名 ABIT EQU 35H ; 个 BBIT EQU 36H ; 十 CBIT EQU 37H ; 百 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0100H ;主程序 MAIN: LCALL RESET ; 复位 LCALL FBLCHANGE ; 改变温度的初始分辨率为9位 LCALL GET_TEMP ; 得到温度 AJMP CHANGE ; 跳转到数据处理子程序 ;复位程序 RESET:SETB DQ ; 总线释放 NOP ; 保持高电平，延时 CLR DQ ; 总线置 0，请求响应 MOV R0,#0FBH 16 TSR1: DJNZ R0,TSR1 ; 延时 SETB DQ ; 再释放 MOV R0,#25H TSR2: JNB DQ,TSR3 ; 改变为 0，则代表得到对应 DJNZ R0,TSR2 ; 未得到则继续等待，判断 TSR3: SETB FLAG ; 得到相应则标志位置 1，代表传感器正常存在 MOV R0,#06BH TSR4: DJNZ R0,TSR4 ; 延时 SETB DQ ; 释放总线，完成复位 RET ;改变温度分辨率 FBLCHANGE: LCALL RESET ; 复位 MOV A,#0CCH ; 跳过ROM LCALL WRITE ; 把A写入传感器 MOV A,#1FH ; 改变温度分辨率为9 LCALL WRITE ; 把A写入传感器 RET ;得到温度并转换 GET_TEMP: SETB DQ ; 释放总线 LCALL RESET ; 复位 JB FLAG,TSS2 ; 若传感器不存在，则直接返回主程序 RET TSS2: MOV A,#0CCH LCALL WRITE ; 执行跳过ROM指令 MOV A,#44H LCALL WRITE ; 执行测温指令 LCALL DISPLAY ; 不仅延时，还让程序完全生效前数码管置零 LCALL RESET ; 复位 MOV A,#0CCH LCALL WRITE ; 执行跳过ROM置零 MOV A,#0BEH LCALL WRITE ; 执行读取温度数据指令 LCALL READ ; 跳转至通信子程序 RET 17 ;写入数据 ; 不可超过120us，否则无法写入 WRITE:MOV R2,#8 ; 写入八位二进制码，即循环次数 CLR C ; 进位标志位初始置零 WR1: CLR DQ ; 拉低总线为写入做准备 MOV R3,#6 DJNZ R3,$ ; 延时 RRC A ; A的最低为给CY，使A从低到高写入从机 MOV DQ,C ; 将A又循环写入C，写入总线以输入到传感器 MOV R3,#23 DJNZ R3,$ ; 延时 SETB DQ ; 释放，表示此位写入完毕 NOP DJNZ R2,WR1 ; 循环八次，一次写入八位 SETB DQ ; 释放总线 RET ;读出数据 READ: MOV R4,#2 ; 读取两个八位数据，外层循环次数 MOV R1,#29H ; 立即数寻址给定存储位置 REE0: MOV R2,#8 ; 给定数据位数，是内层循环次数 REE1: CLR C ; 进位标志位初始置零 SETB C NOP NOP CLR DQ NOP NOP NOP SETB DQ ; 输入脉冲并持续2-3个机器周期 MOV R3,#7 DJNZ R3,$ ; 延时，等待传感器响应 MOV C,DQ ; 按位读出 MOV R3,#23 DJNZ R3,$ ; 延时 RRC A ; 把C存入A内 DJNZ R2,REE1 ; 循环8次 MOV @R1,A ; 存储A DEC R1 ; 更换地址 DJNZ R4,REE0 ; 循环2次 RET 18 ;数据处理函数 CHANGE: MOV A,29H MOV 26H,29H MOV 25H,28H MOV 24H,28H ; 在24H存储原始数据防止丢失 MOV C,25H.7 ; 存储符号位进C JNC SN1 ; 判断温度的正负，正数则跳过转补码程序 MOV A,25H CPL A ; 取补码，由于无效位置1,25H不必担心数据溢出 MOV 25H,A MOV A,26H CPL A INC A ; 由于是末位，需要加一 MOV 26H,A MOV 29H,26H MOV 28H,25H ; 在26H，25H中操作后放回29H，28H SN1: MOV C,28H.0 ; 正负温度到此均得到整数部分绝对值 RRC A MOV C,28H.1 RRC A MOV C,28H.2 RRC A MOV C,28H.3 ; 分别循环，存入A内，连续4次滤掉小数部分 RRC A ; 可分析A内八位恰为整数部分（最高位为0） JC SL0 MOV 27H,#00H AJMP SL5 SL0: MOV 27H,#05H SL5: MOV 29H,A ; 为小数部分显示0和5做准备 LCALL DISPLAY ; 转入显示函数 LJMP MAIN ; 返回主函数，程序执行完毕 ;显示函数 DISPLAY: MOV A,29H MOV B,#10 DIV AB MOV ABIT,B MOV B,#10 DIV AB MOV BBIT,B 19 MOV CBIT,A ; 此时可知CBA即为百十个位 MOV R0,#4 MOV P2,#21H ; 循环显示 DIS0: MOV R1,#250 ; 长时间延时循环 DIS1: MOV C,24H.7 JNC DIS2 ; 正数转移，负数继续 MOV R0,#0EH SETB P2.1 MOV A,R0 MOV P0,A CLR P2.1 MOV A,#40H MOV P0,A LCALL DELAY AJMP DIS3 DIS2: MOV R0,#0EH SETB P2.1 MOV A,R0 MOV P0,A CLR P2.1 MOV A,#00H MOV P0,A LCALL DELAY ; 符号位判断显示 DIS3: MOV A,27H ; 显示小数 MOV DPTR,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV R0,#07H SETB P2.1 MOV P0,R0 CLR P2.1 MOV P0,A LCALL DELAY ; 小数位判断显示 DIS4: MOV A,ABIT ;显示个位 MOV DPTR,#TAB1 MOVC A,@A+DPTR MOV R0,#0BH SETB P2.1 MOV P0,R0 CLR P2.1 MOV P0,A LCALL DELAY DIS5: MOV A,BBIT ;显示十位 MOV DPTR,#TAB 20 MOVC A,@A+DPTR MOV R0,#0DH SETB P2.1 MOV P0,R0 CLR P2.1 MOV P0,A LCALL DELAY RET ;延迟函数 DELAY: MOV R5,#08H DD: MOV R6,#0FAH DJNZ R6,$ DJNZ R5,DD RET TAB: ; 共阴极数码管0-9 DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH TAB1: ; 带小数点的个位显示数码0-9 DB 0BFH,86H,0DBH,0CFH,0E6H,0EDH,0FDH,87H,0FFH,0EFH LOOP: JMP LOOP ; END |
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