PAGEPAGE1教案學(xué)習領(lǐng)域項目6溫度檢測報警系統(tǒng)設(shè)計學(xué)習情境任務(wù)4DS18B20溫度采集系統(tǒng)序號20課型理實一體化課時4教具學(xué)具電教設(shè)施pc機；keil以及proteus軟件；任務(wù)書（供學(xué)生用）；課件教學(xué)目標知識目標①掌握單總線DS18B20溫度傳感器硬件結(jié)構(gòu)②掌握單片機驅(qū)動DS18B20溫度傳感器的方法能力目標①能夠通過Keil和Proteus軟件的初步使用，提高觀察和分析能力②能夠通過單片機驅(qū)動DS18B20編寫程序，培養(yǎng)邏輯思維能力③能夠編制按鍵狀態(tài)機程序，提高分析和解決問題的能力情感目標①能夠透過實驗現(xiàn)象歸納事物本質(zhì)②培養(yǎng)學(xué)生對本專業(yè)的職業(yè)認同感③培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索的興趣、嚴謹扎實的工作作風和團結(jié)協(xié)作精神教學(xué)重難點重點①掌握單總線DS18B20溫度傳感器硬件結(jié)構(gòu)②掌握單片機驅(qū)動DS18B20溫度傳感器的方法難點①掌握單總線DS18B20溫度傳感器硬件結(jié)構(gòu)②掌握單片機驅(qū)動DS18B20溫度傳感器的方法學(xué)法教法實驗探究、任務(wù)引領(lǐng)法、討論法、張貼法、頭腦風暴法、演示法教學(xué)內(nèi)容更新、補充、刪節(jié)參考資料課后體會學(xué)生在任務(wù)的驅(qū)動下，利用仿真電路自主探究電路規(guī)律，結(jié)合教師對相關(guān)知識點的講授，達到對所學(xué)知識的掌握。這個思路帶來了很好的教學(xué)效果，但增加的實驗部分會使得教學(xué)時數(shù)稍顯緊張，這一點還需日后改進。教與學(xué)互動設(shè)計教師活動內(nèi)容學(xué)生活動內(nèi)容一、組織教學(xué)（2分鐘）1.首先清點學(xué)生出勤情況，填寫考勤記錄。2.檢查學(xué)生工作服、帽、鞋等是否符合安全要求。3.宣布今天的實習內(nèi)容、技術(shù)要求、工時、勞動紀律等。4.強調(diào)生產(chǎn)實習安全注意事項。5.學(xué)生分組分上機、實習工位。6.發(fā)放任務(wù)書、自評和互評表以及白紙到每組的學(xué)生手中。二、布置任務(wù)（3分鐘）下達任務(wù)，本任務(wù)要求由PC機發(fā)出不同的數(shù)據(jù)，單片機接收后回傳給PC機，從而驗證接收數(shù)據(jù)是否正確。三、資訊計劃（25分鐘）（一）溫度傳感器DS18B201.DS18B20概述DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產(chǎn)的1－Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。2.DS18B20產(chǎn)品的特點（1）只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。（2）在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號。（3）實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。（4）測量溫度范圍在－55。C到＋125。C之間。（5）數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇。（6）內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。3.DS18B20引腳圖及引腳功能介紹TO－92封裝的DS18B20的引腳排列見圖6-13，其引腳功能描述見表6-6。（底視圖）圖6-13DS18B20引腳圖接下來，看看引腳定義，如表6-6所示意：表6-6DS18B20引腳定義序號名稱引腳功能描述1GND地信號2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。4.DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及使用方法DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM，溫度傳感器，非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL，配置寄存器。（1）光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余檢驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。64位的光刻ROM又包括5個ROM的功能命令：讀ROM，匹配ROM，跳躍ROM，查找ROM和報警查找。根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預(yù)定的操作，ROM和RAM指令見表6-8和表6-9所示。表6-8ROM指令表指令約定代碼功能讀ROM33H讀DS18B20溫度傳感器ROM中的編碼（即64位地址）符合ROM55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單總線上與該編碼相對應(yīng)的DS18B20使之作出響應(yīng)，為下一步對該DS18B20的讀寫作準備搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個數(shù)和識別64位ROM地址。為操作各器件作好準備跳過ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20發(fā)溫度變換命令,適用于單片工作告警搜索命令0ECH執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)表6-9RAM指令表指令約定代碼功能溫度轉(zhuǎn)換44H啟動DS18b20進行溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換時間最長為750ms（9位為93.75ms），結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中讀暫存器0BEH讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM的3、4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送三字節(jié)的數(shù)據(jù)，三字節(jié)的數(shù)據(jù)分別被存到暫存器的第3、4、5字節(jié)復(fù)制暫存器48H將RAM中第3、4、5字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到E2PROM中重調(diào)E2PR0M0B8H將E2PROM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第3、4、5字節(jié)讀供電方式0B4H讀DS18B20的供電模式。寄生供電時DS18B20發(fā)送“0”，外接電源供電DS18B20發(fā)送“1”（2）DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以0.0625℃/LSB形式表達，其中S為符號位，溫度值格式表見6-10所示。表6-10DS18B20溫度值格式表這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在DS18B20的兩個8bit的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625℃的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625℃的數(shù)字輸出為FE6FH，-55℃的數(shù)字輸出為FC90H，溫度值與真實溫度對應(yīng)關(guān)系見表6-11所示。表6-11DS18B20溫度數(shù)據(jù)表TEMPERATURE(OC)DIGITALOUTPUT(BINARY)DIGITALOUTPUT(HEX)+125000001111101000007D0h+85*00000101010100000550h+25.062500000001100100010191h+10.125000000001010001000A2h+0.500000000000010000008h000000000000000000000h-0.51111111111111000FFF8h-10.1251111111101011110FF5Eh-25.06251111111001101111FE6Fh-551111110010010000FC90h（3）DS18B20溫度傳感器的存儲器DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2PRAM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。存儲器能完整的確定一線端口的通訊，數(shù)據(jù)開始用寫寄存器的命令寫進寄存器，接著也可以用讀寄存器的命令來確認這些數(shù)據(jù)。當確認以后就可以用復(fù)制寄存器的命令來將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到可電擦除RAM中。當修改過寄存器中的數(shù)據(jù)時，這個過程能確保數(shù)據(jù)的完整性。高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配如表6-12所示。當溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第1和第2個字節(jié)。CPU可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如表3所示。對應(yīng)的溫度計算：當符號位S=0時，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當S=1時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。第3和第4個字節(jié)是復(fù)制TH和TL，同時第3和第4個字節(jié)的數(shù)據(jù)可以更新；第5個字節(jié)是復(fù)制配置寄存器，同時第5個字節(jié)的數(shù)據(jù)可以更新；6、7、8三個字節(jié)是計算機自身使用。第9個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。表6-12DS18B20暫存寄存器分布寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度值低位（LSByte）1溫度值高位（MSByte）2高溫限值（TH）3低溫限值（TL）4配置寄存器5保留6保留7保留8CRC校驗值9（4）配置寄存器該字節(jié)各位的意義如下表6-13所示：表6-13配置寄存器結(jié)構(gòu)低五位一直都是"1"，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如下表6-14所示（DS18B20出廠時被設(shè)置為12位）。表6-14溫度分辨率設(shè)置表R1R0RESOLUTION(BITS)MAXCONVERSIONTIME00993.75ms(tCONV/8)0110187.5ms(tCONV/4)1011375ms(tCONV/2)1112750ms(tCONV)（5）DS18B20外部電源的連接方式DS18B20可以使用外部電源VDD，也可以使用內(nèi)部的寄生電源。當VDD端口接3.0V~5.5V的電壓時是使用外部電源；當VDD端口接地時使用了內(nèi)部的寄生電源。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線都要接4.7KΩ的上拉電阻,如圖6-13所示。DS18B20的外部電源供電方式在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，此時I/O線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時在總線上理論可以掛接任意多個DS18B20傳感器，組成多點測溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85℃。圖6-14外部電源連接DS18B20溫度處理過程1）配置寄存器配置寄存器是配置不同的位數(shù)來確定溫度和數(shù)字的轉(zhuǎn)化。2）溫度的讀取DS18B20在出廠時已配置為12位，讀取溫度時共讀取16位，所以把后11位的2進制轉(zhuǎn)化為10進制后再乘以0.0625便為所測的溫度，還需要判斷正負。前5個數(shù)字為符號位，當前5位全為1時，讀取的溫度為負數(shù)；當前5位全為0時，讀取的溫度為正數(shù)。16位數(shù)字擺放是從低位到高位。3）DS18B20控制方法DS18B20有六條控制命令（RAM）：見表6-9。4）DS18B20的初始化總線主機發(fā)送一復(fù)位脈沖（最短為480us的低電平信號）；總線主機釋放總線，并進入接收方式；單線總線經(jīng)過5K的上拉電阻被拉至高電平狀態(tài)；DS18B20在I/O引腳上檢測到上升沿之后，等待15-60us，接著發(fā)送存在脈沖（60us-240us的低電平信號）。5）向DS18B20發(fā)送控制命令先通過總線向DS18B20發(fā)送ROM指令，對ROM進行操作；之后，發(fā)送ROM指令，來啟動傳感器或進行其它RAM操作，以完成對溫度數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。下面給出DS18B20相關(guān)操作對應(yīng)的時序：（7）DS18B20的復(fù)位時序DS18B20的復(fù)位時序見圖6-15所示。圖6-15DS18B20的復(fù)位時序圖（8）DS18B20的讀時序DS18B20的讀時序見圖6-16所示，對于DS18B20的讀時序分為讀0時序和讀1時序兩個過程。對于DS18B20的讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在15秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20在完成一個讀時序過程，至少需要60us才能完成。圖6-16DS18B20讀時序圖（9）DS18B20的寫時序?qū)τ贒S18B20的寫時序仍然分為寫0時序和寫1時序兩個過程。對于DS18B20寫0時序和寫1時序的要求不同，當要寫0時序時，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣IO總線上的“0”電平，當要寫1時序時，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線，如圖6-17所示。圖6-17DS18B20的寫時序四、計劃實施（50分鐘）在proteus中繪制如下電路圖:在KeilC51中錄入下面程序，并調(diào)試程序：DS18B20對應(yīng)的程序代碼如下：#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define uchar unsignedchar#define uint unsignedint#define u8 unsignedchar#define u16 unsignedint#define u32 unsignedlongint#define uchar32unsignedlongcharunsignedintsdata;//測量到的溫度的整數(shù)部分unsignedcharxiaoshu1;//小數(shù)第一位unsignedcharxiaoshu2;//小數(shù)第二位unsignedcharxiaoshu;//兩位小數(shù)bitfg=1;//溫度正負標志sbitP10=P1^0;sbitP11=P1^1;sbitP12=P1^2;//通信端口使用#define TX_0 P10=0#define TX_1 P10=1//uchar32*p=sort_temp;//=======================================//精確延時函數(shù)//=======================================//延時1us==用于在切換引腳電平時，等待引腳電平穩(wěn)定voiddelay1us(void)//12MHz，12分頻單片機{}//延時7us==讀間隙產(chǎn)生后延時7us，然后單片機讀取引腳電平voiddelay7us(void)//12MHz，12分頻單片機{ //調(diào)用占2個周期 _nop_();_nop_(); _nop_();_nop_();_nop_();}//延時15us==拉低500us復(fù)位后，18B20在15us后會發(fā)出存在脈沖voiddelay15us(void)//12MHz，12分頻單片機{ //調(diào)用占2個周期 _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); _nop_();}//延時60us==產(chǎn)生寫時序后，延時60us，等待18B20成功讀取引腳電平voiddelay60us(void)//12MHz，12分頻單片機{unsignedchara,b;for(b=11;b>0;b--)for(a=1;a>0;a--);}//延時500us==復(fù)位時用到voiddelay500us(void)//12MHz，12分頻單片機{unsignedchara,b;for(b=99;b>0;b--)for(a=1;a>0;a--);}//========================//粗略可調(diào)延時函數(shù)//========================voiddelayms(u16ms){ while(ms--) {unsignedchara,b,c;for(c=1;c>0;c--)for(b=142;b>0;b--)for(a=2;a>0;a--); }}voiddelay(void)//417us對應(yīng)2400波特率{unsignedchara;for(a=206;a>0;a--);}//===========================//DS18B20讀一個字節(jié)//===========================u8DS18B20_Read_Byte(void){ u8i; u8byte=0; for(i=0;i<8;i++) { byte>>=1; P11=0; delay1us(); P11=1; //上升沿產(chǎn)生讀時間間隙 delay7us(); //至少7us以后，讀取DS18B20數(shù)據(jù)，但也不能過大，例如延時15us就不正常了 if(P11) { byte|=0x80; } delay60us(); P11=1; //釋放總線 } returnbyte;}//===========================//向DS18B20寫一個字節(jié)//===========================voidDS18B20_Write_Byte(u8byte){ u8i=0; for(i=0;i<8;i++) { P11=0; //下降沿產(chǎn)生寫時間間隙 delay1us(); if(byte&0x01) //把數(shù)據(jù)對應(yīng)位的電平送到DQ引腳 { P11=1;} else { P11=0;} delay60us(); //延時60us，等待DS18b20讀取引腳電平 byte>>=1; P11=1; //釋放總線 }}//===========================//復(fù)位DS18B20//===========================voidDS18B20_RST(void){ P11=1; delay1us(); P11=0;delay500us(); //拉低500us，復(fù)位信號P11=1; //DQ=1 delay15us(); //15us}//=============================//DS18B20存在檢測返回0表示器件存在，1不存在//=============================u8DS18B20_Check(void){ u8revalue=0; u8times=0; while(times<240&&(P11!=0)) //檢測到低電平跳出或者循環(huán)240次跳出 { times++; delay1us(); } if(times>=240) revalue=1; else times=0; while(times<240&&(P11==0)) //檢測到高電平跳出 { times++; delay1us(); } if(times<240) revalue=0; else revalue=1; returnrevalue;}//===========================//讀取DS18B20溫度值//===========================floatDS18B20_Read_Temp(void){ intTEMP_INT; floatTEMP; u8H8,L8; DS18B20_RST(); //復(fù)位 DS18B20_Check(); DS18B20_Write_Byte(0xcc); //跳過ROM命令單個傳感器所以不必讀取ROM里的序列號 DS18B20_Write_Byte(0x44); //開始轉(zhuǎn)換 DS18B20_RST(); //復(fù)位 DS18B20_Check(); DS18B20_Write_Byte(0xcc); //跳過ROM命令單個傳感器所以不必讀取ROM里的序列號 DS18B20_Write_Byte(0xbe); //讀寄存器，共九字節(jié)，前兩字節(jié)為轉(zhuǎn)換值 L8=DS18B20_Read_Byte(); //低8位 H8=DS18B20_Read_Byte(); //高8位 if(H8>0x7f)//最高位為1時溫度是負{L8=~L8;H8=~H8+1;//補碼轉(zhuǎn)換，取反加一fg=1;//讀取溫度為負時fg=1} xiaoshu1=(L8&0x0f)*10/16;//小數(shù)第一位xiaoshu2=(L8&0x0f)*100/16%10;//小數(shù)第二位xiaoshu=xiaoshu1*10+xiaoshu2;//小數(shù)兩位 TEMP_INT=(H8<<8)|L8; //將高8位左移8位后與低8位相加【此處按位或相當于相加】 TEMP=TEMP_INT*0.0625; //默