基于單片機和DS18B20的數字溫度計

3．2 DS1SB20與單片機之間的通信命令和時(shí)序
DS18B20工作過(guò)程中的協(xié)議如下：
1)初始化；
2)ROM操作命令；
3)存儲器操作命令；
4)時(shí)序。
主機使用時(shí)間隙(time slots)讀寫(xiě)DS18B20的數據位和寫(xiě)命令字的位。
由于DS18B20采用單總線(xiàn)協(xié)議方式，即在1根數據線(xiàn)實(shí)現數據的雙向傳輸，而對MSP430F1121A單片機來(lái)說(shuō)，硬件上并不支持單總線(xiàn)協(xié)議，因此，必須采用軟件方法模擬單總線(xiàn)的協(xié)議時(shí)序，完成對DS18B20的訪(fǎng)問(wèn)。
DS18B20在1根I／O線(xiàn)上讀寫(xiě)數據，因此，對讀寫(xiě)的數據位有著(zhù)嚴格的時(shí)序要求。DS18B20有嚴格的通信協(xié)議來(lái)保證各位數據傳輸的正確性和完整性。
該協(xié)議定義了初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序。
3．3 溫度數據的計算處理方法
從DS18B20讀取出的二進(jìn)制值必須先轉換成十進(jìn)制值，才能用于字符的顯示。因為DS18B20的轉換精度為9～12位可選的，為了提高精度采用12位。在采用12位轉換精度時(shí)，溫度寄存器里的值是以0．062 5為步進(jìn)的，即溫度值為寄存器里的二進(jìn)制值乘以0．062 5，就是實(shí)際的十進(jìn)制溫度值。一個(gè)十進(jìn)制值和二進(jìn)制值之間有很明顯的關(guān)系，就是把二進(jìn)制的高字節的低半字節和低字節的高半字節組成一個(gè)字節，這個(gè)字節的二進(jìn)制值化為十進(jìn)制值后，就是溫度值的小數部分。小數部分因為是半個(gè)字節，所以二進(jìn)制值范圍是0～F，轉換成了十進(jìn)制小數值就是0．062 5的倍數(0～15倍)，這樣需要4位的數碼管來(lái)顯示小數部分，實(shí)際應用可以采用1位數碼管來(lái)顯示小數，可以精確到0．1℃。

4 系統調試
4．1 硬件檢測和調試
硬件調試比較簡(jiǎn)單，在系統設計的過(guò)程中，由于主控制器(MSP430F1121A單片機)部分是集成在利爾達單片機技術(shù)有限公司MSP430仿真器FET上的。因此主要是對DS18B20測溫模塊以及LED數字顯示模塊進(jìn)行硬件檢測和調試。
4．2 軟件調試
本程序采用單片機MSP430的語(yǔ)言編寫(xiě)，用IAR system公司開(kāi)發(fā)的IAR Embedded Workbench for MSP430 Kickstart編譯器編程調試。進(jìn)入IAR Embedded Workbench集成環(huán)境，然后在該環(huán)境下建立一個(gè)項目，進(jìn)入源程序編輯界面。在這里進(jìn)行源程序的編輯，編譯結束后，源文件編譯通過(guò)之后，將生成目標代碼。最后進(jìn)入CSFY調試環(huán)境，如圖6所示。

在CSPY環(huán)境中，分別進(jìn)行主程序、讀出溫度子程序、溫度轉換命令子程序、計算溫度子程序、顯示數據刷新等子程序的編程及調試，通過(guò)觀(guān)察寄存器的窗口來(lái)判斷從DS18B20數字溫度計讀取的效據是否準確。由于該數字溫度測試儀的時(shí)序要求比較嚴，把握讀寫(xiě)時(shí)隙才能準確地測量出溫度數值。因此在CSPY工作環(huán)境下，通過(guò)觀(guān)察程序運行的結果來(lái)斷定程序的正確以及準確度。在出現錯誤時(shí)返回IAR Embedded Workb-ench工作界面，重新對程序進(jìn)行編寫(xiě)和修改。
4．3 整體調試
通過(guò)硬件和軟件的調試后，連接各個(gè)模塊。由于主控制器模塊采用MSP430仿真調試器FET，其集成有MSP430F1121A單片機以及與其相關(guān)的外圍模塊，通過(guò)計算機串口連接并由計算機的串口供電(實(shí)際工作電壓為2．5 V)，進(jìn)入相關(guān)的調試控制程序后對單片機進(jìn)行管理和操作。
溫度測量以及顯示模塊焊接在同一塊電路板上，由直流穩壓電源提供3 V的電壓。通過(guò)數據線(xiàn)將3個(gè)主要模塊連接，DS18B20數字溫度計的數據端與MSP430F1121A單片機的散據端連接。為了保證溫度數據的正常讀取，必須將二者的接地端短接，以保證其電勢相等。接通電源后，由計算機進(jìn)入MSP430調試環(huán)境，運行程序，這時(shí)LED數碼管開(kāi)始顯示“00”(程序的開(kāi)始復位信號)，然后顯示由DS18B20檢測的溫度數值。整體的調試過(guò)程必須一直調試到能正常的顯示溫度值，而且在有溫度變化時(shí)顯示溫度能改變就基本完成。

5 結論
在基于MSP430單片機的溫度測試儀的設計中。在低功耗設計方面，首先是選擇低功耗元件，從單片機、傳感器和LED顯示器及其驅動(dòng)電路，都盡量選擇市場(chǎng)上功耗最低的產(chǎn)品；其次在硬件電路設計方面，降低系統工作電壓；再次，是軟件設計融入低功耗思想，核心的方法就是在最短的時(shí)間內把需要的工作完成，然后立即進(jìn)入休息狀態(tài)，不論在工作還是休息狀態(tài)，立即關(guān)閉不必要的模塊，以最大限度地降低功耗，例如，采樣間歇狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉單片機內部除看門(mén)狗定時(shí)器之外的所有模塊，切斷傳感器和放大器的供電，將外部存儲器置于休眠狀態(tài)，只有顯示器處于活動(dòng)狀態(tài)，最大限度地降低了功耗。這些低功耗的措施起到了良好的效果，成功地控制了MSP430單片機的溫度測試儀的功耗，使用MSP430為核心構成的便攜式系統，MSP430單片機的溫度測試儀電池的使用壽命可以比基于一般CPU的系統延長(cháng)3～5倍。在降低成本的措施方面，滿(mǎn)足性能的前提下，盡量選擇低成本元件，顯示部分采用了CD4511進(jìn)行驅動(dòng)顯示，溫度測量采用DS18B20數字溫度傳感器，具有線(xiàn)路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來(lái)組成一個(gè)測溫系統，在一根通信線(xiàn)上可以?huà)於鄠€(gè)數字溫度測試儀，十分方便。相比其他的溫度傳感器，該系統設計具有結構簡(jiǎn)單、分辨率高、可調節的特點(diǎn)，且無(wú)需硬件同步時(shí)鐘控制。