【正文】 20 芯片對(duì)溫度進(jìn)行采集（ 芯片內(nèi)部會(huì)進(jìn)行 AD轉(zhuǎn)換）通過(guò)單片機(jī)處理后去控制溫度，使其達(dá)到穩(wěn)定。使用單片機(jī)具有編程靈活，控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)能簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)溫度的控制及顯示，并且通過(guò)軟件編程能實(shí)現(xiàn)各種控制算法使系統(tǒng)還具有控制精度高的特點(diǎn)。 方案二系統(tǒng)框圖如圖 23所示： 前言 7 百手起駕 整理為您 AT89C51溫 度 傳感 器D S 1 8 B 29LED顯示電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊蜂 鳴 器 報(bào) 警 圖 23 方案二系統(tǒng)框圖 對(duì)比方案一，方案二明顯的改善了方案一的不足及缺點(diǎn)，并具有控制簡(jiǎn)單、控制溫度精度高的特點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)電路采用方案二。 溫度采集模塊方案論證 方案一：采用熱敏電阻，可滿足測(cè)量范圍 ，但熱敏電阻精度、重復(fù)性和可靠性都比較差，對(duì)于檢測(cè)精度小于 1℃ 的溫度信號(hào)是不適用的。 方案二：采用溫度傳感器 AD590K。 AD590K 具有較高精度和重復(fù)性，良好的非線性保證 177。 ℃ 的測(cè)量精度。加上軟件非線性補(bǔ)償可以實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。 AD590 將溫度轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，因此要加相應(yīng)的調(diào)理電路，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，送入 A/D轉(zhuǎn)換器，最終送往單片機(jī)。 方案三：采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20。 DS18B20 為數(shù)字式溫度傳感器，無(wú)需其他外加電路，直接輸出數(shù)字量，轉(zhuǎn)換速度快，精度高，可靠性高?？芍苯优c單片機(jī) 通信，讀取測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，電路簡(jiǎn)單。 前言 8 百手起駕 整理為您 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 89C51單片機(jī) AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能 CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中 ， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 如圖 31所示為單片機(jī)引腳圖： 圖 31 89C51 單片機(jī)引腳圖 89C51 單片機(jī) 與早期 Intel的 8051/8751/8031 芯片的外部引腳和指令系統(tǒng)完全兼容，只不過(guò)用 Flash ROM 替代了 ROM/EPROM 而已。 89C51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 32所示 ： 前言 9 百手起駕 整理為您 圖 32 89C51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 各引腳的功能如下： VCC： 供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址 的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1口： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。 P1口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2口： P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè)TTL 門電流，當(dāng) P2口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉 電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2前言 10 百手起駕 整理為您 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個(gè) TTL門電流。當(dāng) P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸 入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR 8EH 地址上 置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間 CPU 只訪問(wèn) 外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時(shí)，則執(zhí)行 內(nèi)部程 序存儲(chǔ)器 中的程序 。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 數(shù)字溫控芯片 DS18B20 介紹 在本設(shè)計(jì)中，選用的是溫度測(cè)量的專用芯片 DS18B20。 DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 為新的“一線器件”體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。 DALLAS 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820 是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總接獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，是用戶 可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的建構(gòu)引入全新的概念。 DS18B DS1822“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器同 DS1820 一樣， DS18B20 也支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為 50℃ ~+125℃ ,在 10℃ ~+85℃范圍內(nèi)，精度為177。 ℃。 DS1822 的精度較差為177。 2℃?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一前言 11 百手起駕 整理為您 線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)量類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新產(chǎn)品支持 3v~ 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。 而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。DS18B DS1822 的特性 DS18B20 可以程序設(shè)定 9~12位的分辨率，精度為177。 ℃?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM 中，掉電后依然保存。 DS18B20 的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價(jià)格比也非常出色！ DS1822 與 DS18B20 軟件兼容，是 DS18B20 的簡(jiǎn)化版本。省略可存儲(chǔ)用戶定義報(bào)警溫度、分辨率參數(shù)的 EEPROM， 精度降低為177。 2℃，適用于對(duì)性能要求不高，成本控制嚴(yán)格的應(yīng)用，是經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品。 DS18B20 和 DS1822 使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的、經(jīng)濟(jì)的測(cè)溫系統(tǒng)。 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四個(gè)部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL 配置寄存器。 光刻 ROM中的 64 位序列號(hào)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(biāo)號(hào)，接著的 48 位是該 DS18B20自身的序列號(hào)，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校檢碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。 光刻 ROM的作用是使每一個(gè) DS18B20 都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè) DS18B20的目的。 DS18B20 中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以 12 位轉(zhuǎn)化為例：用 16 位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 ℃ /LSB 形式表達(dá)，其中 S為符號(hào)位。 這是 12位轉(zhuǎn)化后得到的 12位數(shù)據(jù) ,存儲(chǔ)在 18B20 的兩個(gè)比特的 RAM 中 ,二進(jìn)制中的前面 5位符號(hào) ,如果測(cè)得的溫度大于 0,這 5位為 0,只要將測(cè)到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)際溫度 。如果溫度小于 0,這 5位為 1,測(cè)到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實(shí)際溫度 。 例如 +125℃的數(shù)字輸出為 07D0H,+℃的數(shù)字輸出為 0191H, 的數(shù)字輸出為 FF6FH,55℃的數(shù)字輸出為 FC90H。表 為 溫度 與 數(shù)據(jù)關(guān)系 表： 表 溫度 與 數(shù)據(jù)關(guān)系 前言 12 百手起駕 整理為您 溫度 數(shù)字輸出 （二進(jìn)制） 數(shù)字輸出（十六進(jìn)制） +125℃ 0000 0111 1101 0000 07D0h +85℃ * 0000 0101 0101 0000 0550h +℃ 0000 0001 1001 0001 0191h +℃ 0000 0000 1010 0010 00A2h +℃ 0000 0000 0000 1000 0008h 0℃ 0000 0000 0000 0000 0000h ℃ 1111 1111 1111 1000 FFF8h ℃ 1111 1111 0101 1110 FF5Eh ℃ 1111 1110 0110 1111 FE6Fh 55℃ 1111 1100 1001 0000 FC90h DS18B20 的外形及引腳說(shuō)明 外形如圖 33所示 ： 圖 33 DS18B20 外形圖 1（ GND）：地 。 2（ DQ）：?jiǎn)尉€運(yùn)用的數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 。 3（ VDD）：可選的電源引腳 。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 34所示 ： 前言 13 百手起駕 整理為您 圖 34 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 溫度傳感器的存儲(chǔ)器 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存 儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存 RAM和一個(gè)非易失性的可電擦的E2RAM,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 。 暫存存儲(chǔ)器包含了 8 個(gè)連續(xù)字節(jié) ,前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息 ,第一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位 ,第二個(gè)字節(jié)是溫度的高八位。第三個(gè)和第四個(gè)字節(jié)是 TH、 TL的易失性拷貝 ,第五個(gè)字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存的易失性拷貝 ,這三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第六、七、八個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。 低五位一直都是 1,TM 是測(cè)試模式位 ,用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測(cè)試模式 ,在 DS18B20 出廠時(shí)該設(shè)置為 0,用戶不要去改動(dòng) .R1 和 R0 用來(lái)設(shè)置分辨率 ,如下表所示(DS18B20 出廠時(shí)被設(shè)置為 12 位 )，圖表 為 分辨率設(shè)置 。 表 分辨率設(shè)置 R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 0 0 9位 0 1 10 位 1 0 11 位 375ms 1 1 12 位 750ms 根據(jù) DS18B20的通訊協(xié)議 ,主機(jī)控制 DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟 :每一次讀寫之前都要對(duì) DS18B20 進(jìn)行復(fù)位 ,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(duì) DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作 .復(fù)位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500 微秒 ,然后釋放 , 前言 14 百手起駕 整理為您 DS18B20 收到信號(hào)后等待 16~60 微秒左右 ,后發(fā)出 60~240 微秒的存在低脈沖 ,主 CPU 收到此信號(hào)表示復(fù)位成功 。表 為 DS18B20 的 功能指令表 ： 表 功能指令表 指令 約定代碼 功能 讀 ROM 33H 讀 DS1820ROM 中的編碼 (即讀 64位地址 ) 符合 ROM 55H 發(fā)出此命令之后 ,接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼 ,訪問(wèn)單線總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的 DS1820 使之作出響應(yīng) ,為下一步對(duì)該 DS1820 的讀寫作準(zhǔn)備 搜索 ROM 0F0H 用于確定掛接在同一條總線上 DS1820 的個(gè)數(shù)和識(shí)別 64 位 ROM 地址 ,為操作各器件作好準(zhǔn)備 跳過(guò) ROM 0CCH 忽略 64位 ROM地址 ,直接向 DS1820 發(fā)溫度變換指令 ,適用于單片工作 . 告警搜索命令 0ECH 執(zhí)行后 ,只有溫度超過(guò)設(shè)定值上限或下限的片子才作出響應(yīng) . 溫度變換 44H 啟動(dòng) DS1820 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換 ,轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為 500ms(典型為 200ms),結(jié)果存入內(nèi)部 9 字節(jié)