【正文】 1K。AD590 可以承受 44V 正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。（3）輸出電阻為 710MW。 （4）精度高，AD590 共有 I、J、K、L、M 五檔，其中 M 檔精度最高，在﹣55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為177?！妗? 集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便，溫度測量范圍廣等優(yōu)點，得到廣泛應(yīng)用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為 10mV/K，溫度 0℃時輸出為本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 5 頁 共 61 頁 0，溫度 25℃時輸出 。電流輸出型的靈敏度一般為 1mA/K。 基于數(shù)字溫度傳感器設(shè)計方案該方案使用了 AT89C51 單片機作為控制核心,以智能溫度傳感器 DS18B20 為溫度測量元件，采用多個溫度傳感器對各點溫度進行檢測，通過 44 鍵盤模塊對正常溫度進行設(shè)置顯示電路采用 12864 LCD 模塊，使用 LM386 作為報警電路中的功率放大器。 圖 基于數(shù)字溫度傳感器測量系統(tǒng)方案本課題采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 作為測為測溫元件,它具有如下特點:（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℃到＋128℃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。 方案論證本設(shè)計要求測量的點數(shù)為 4，測溫范圍為55℃～+128℃，精度為 ℃。采用液晶顯示，同時顯示路數(shù)和溫度，每秒刷新 1 次顯示數(shù)據(jù)。綜合模擬溫度傳感器和數(shù)字溫度傳感器的性能指標(biāo)，以上兩個方案都能達到設(shè)計的要求。方案一采用模擬溫度傳感器 AD590，轉(zhuǎn)換結(jié)果需要經(jīng)過運算放大器和 AD 轉(zhuǎn)換器傳送給處理器。它控制雖然簡單，成本低，但是后續(xù)電路復(fù)雜，且需要進單片機溫 度 傳 感 器溫 度 傳 感 器 LCD顯 示 電 路集成功放 報警器4鍵 盤溫 度 傳 感 器DS18B20溫 度 傳 感 器溫 度 傳 感 器本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 6 頁 共 61 頁 行溫度標(biāo)定，集成溫度傳感器 AD590 輸出為電流信號,且輸出信號較弱，所以需要后續(xù)放大及 A/D 轉(zhuǎn)換電路，如采用普通運放則精度難以保證，而測量放大器價格較高，這樣會使系統(tǒng)成本升高。方案二采用了數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，改變了傳統(tǒng)溫度測試方法。它能在現(xiàn)場采集溫度數(shù)據(jù)，直接將溫度物理量變換為數(shù)字信號并以總線方式傳送到單片機進行數(shù)據(jù)處理，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 912 位的數(shù)字式讀數(shù)方式，因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高，大大提高系統(tǒng)的抗干擾能力。DS18B20 體積小、經(jīng)濟、使用方便靈活，測試精度高，較高的性能價格比，有 CRC 校驗，系統(tǒng)簡明直觀。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測試，如:環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。方案二程序設(shè)計稍微復(fù)雜一些，但在畢業(yè)設(shè)計期間我用 DS18B20 做過溫度計，也調(diào)試過 LCD，并且已經(jīng)用 PROTEUS 實現(xiàn)了系統(tǒng)的仿真。因此，該方案完全具有可行性，同時體現(xiàn)了技術(shù)的先進性，經(jīng)濟上也有很大的優(yōu)勢。綜上所述，本課題采用方案二對系統(tǒng)進行設(shè)計。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁 共 61 頁 3 電路設(shè)計 工作原理 基于 DS18B20 多點溫度測量系統(tǒng)以 AT89C51 為核心器件，以 KEIL 為系統(tǒng)開發(fā)平臺，用匯編語言進行程序設(shè)計，以 PROTEUS 作為仿真軟件設(shè)計而成的。系統(tǒng)主要由傳感器電路、液晶顯示電路、鍵盤電路、報警電路、電源電路組成，系統(tǒng)原理圖如圖 所示。圖 系統(tǒng)原理圖DS18B20 是數(shù)字溫度傳感器，它的輸入/輸出采用數(shù)字量，以單總線技術(shù)，接收主機發(fā)送的命令，根據(jù) DS18B20 內(nèi)部的協(xié)議進行相應(yīng)的處理，將轉(zhuǎn)換的溫度以串口發(fā)送給主機。主機按照通信協(xié)議用一個 IO 口模擬 DS18B20 的時序，發(fā)送命令（初始化命令、ROM 命令、RAM 命令）給 DS18B20，轉(zhuǎn)換完成之后讀取溫度值，在內(nèi)部進行相應(yīng)的數(shù)值處理，用圖形液晶模塊顯示各點的溫度。在系統(tǒng)啟動之時，可以通過 44 鍵盤設(shè)置各點溫度的上限值，當(dāng)某點溫度超過設(shè)置值時，報警器開始報警，液晶顯示該傳感器的路數(shù)、設(shè)置溫度值、實際溫度值，從而實現(xiàn)了對各點溫度的實時監(jiān)控。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁 共 61 頁 每個 DS18B20 有自己的序列號，因此本系統(tǒng)可以在一根總線上掛接了 4 個DS18B20，通過 CRC 校驗，對各個 DS18B20 的 ROM 進行尋址，地址符合的DS18B20 才作出響應(yīng)，接收主機的命令，向主機發(fā)送轉(zhuǎn)換的溫度。采用這種DS18B20 尋址技術(shù)，使系統(tǒng)硬件電路更加簡單。 DS18B20 與單片機接口技術(shù) DS18B20 的引腳功能DS18B20 的引腳功能描述見表 。表 　DS18B20 引腳功能描述序號 名稱 引腳功能描述1 GND 地信號2 DQ 數(shù)字輸入輸出引腳,開漏單總線接口引腳,當(dāng)使用寄生電源時,可向電源提供電源3 VDD 可選擇的 VDD 引腳,當(dāng)工作于寄生電源時,該引腳必須接地 DS18B20 與單片機接口電路如圖 所示，為單片機與 DS18B20 的接口電路。DS18B20 只有三個引腳，一個接地，一個接電源，一個數(shù)字輸入輸出引腳接單片機的 口，電源與數(shù)字輸入輸出腳間需要接一個 的電阻。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 9 頁 共 61 頁 圖 DS18B20 與單片機接口電路 溫度寄存器格式和溫度/數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系DS18B20 溫度寄存器如表 所示。其寄存器有 16 位,高 5 位為符號位,低13 位為數(shù)據(jù)位。當(dāng)寄存器高 5 位為 1 時，表示溫度為負，否則為正。 表 溫度寄存器格式 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0LS Byte 表 溫度/數(shù)據(jù)的關(guān)系B bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8MS Byte 如果測得的溫度大于 0，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0，測得的數(shù)值需要取反加 1 再乘 ，即可得到實際的溫度值。如表 所示，是 DS18B20 的溫度與數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系。23 22 21 20 21 22 23 24S S S S S 26 25 24 DS18B20 單 片 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁 共 61 頁 單片機對 DS18B20 的控制方法DS18B20 采用嚴格的單總線通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議定義了幾種信號類型：復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫 0、寫 讀 0 和讀 1。除了應(yīng)答脈沖所有這些信號都由主機發(fā)出同步信號?？偩€上傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)和命令都是以字節(jié)為單位。且低位在前，高位在后。（1）初始化序列：復(fù)位脈沖和應(yīng)答脈沖在初始化過程中，主機通過拉低單總線至少 480181。s，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖(TX), 然后主機釋放總線并進入接收(RX)模式。當(dāng)總線被釋放后，5kΩ 的上拉電阻將單總線拉高。DS18B20 檢測到這個上升沿后，延時 15181。s~60181。s，通過拉低總線60181。s~240181。s 產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。初始化脈沖如圖 所示。溫度 輸出(2 進制) 輸出(16 進制)+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 0008H0℃ 0000 0000 0000 0000 0000H℃ 1111 1111 1111 1000 FFF8H℃ 1111 1111 0101 1110 FF5EH℃ 1110 1110 0110 1111 EE6FH55℃ 1111 1110 1001 0000 FE90H本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁 共 61 頁 圖 DS18B20 初始化時序（2）DS18B20 的讀寫控制在寫時序期間，主機向 DS18B20 寫入數(shù)據(jù)；而在讀時序期間，主機讀入來自DS18B20 的數(shù)據(jù)。在每一個時序，總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。讀/寫時序如圖 所示。① DS18B20 寫時序DS18B20 存在兩種寫時序：“寫 1”和“寫 0”。主機在寫 1 時序向 DS18B20圖 DS18B20 讀寫時序?qū)懭脒壿?1，而在寫 0 時序向 DS18B20 寫入邏輯 0。所有寫時序至少需要60181。s，且在兩次寫時序之間至少需要 1181。s 的恢復(fù)時間。兩種寫時序均以主機拉低總線開始。產(chǎn)生寫 1 時序：主機拉低總線后，必須在 15181。s 內(nèi)釋放總線，然后由上拉電阻將總線拉至高電平。產(chǎn)生寫 0 時序：主機拉低總線后，必須在整個時序期間至 少 480us 至 少 480us主 機 初 始 化 主 機 初 應(yīng) 答Presnce pulse6024主 機 寫 ”0時 序 主 機 寫 ”1時 序主 機 讀 ”0時 序 主 機 讀 ”1時 序30us15us15us 15us15us30us30us15us15us 15us15us30us本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁 共 61 頁 保持低電平（至少 60181。s） 。在寫時序開始后的 15181。s~60181。s 期間，DS18B20 采樣總線的狀態(tài)。如果總線為高電平，則邏輯 1 被寫入 DS18B20；如果總線為低電平，則邏輯 0 被寫入DS18B20。② 讀時序DS18B20 只能在主機發(fā)出讀時序時才能向主機傳送數(shù)據(jù)。所以主機在發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時序，以便 DS18B20 能夠傳送數(shù)據(jù)。所有讀時序至少 60181。s，且在兩次獨立的讀時序之間至少需要 1181。s 的恢復(fù)時間。每次讀時序由主機發(fā)起，拉低總線至少 1181。s。在主機發(fā)起讀時序之后，DS18B20 開始在總線上傳送 1 或 0。若 DS18B20 發(fā)送 1，則保持總線為高電平；若發(fā)送 0，則拉低總線。當(dāng)傳送 0 時，DS18B20 在該時序結(jié)束時釋放總線，再由上拉電阻將總線拉回空閑高電平狀態(tài)。DS18B20 發(fā)出的數(shù)據(jù)在讀時序下降沿起始后的 15181。s 內(nèi)有效，因此主機必須在讀時序開始后的 15181。s 內(nèi)釋放總線，并且采樣總線狀態(tài)。 ③ DS18B20 的命令序列根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機（單片機）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 命令通過每個器件 64bit 的 ROM 碼，使主機指定某一特定器件（如果有多個器件掛在總線上）與之進行通信。DS18B20 的 ROM 如表 所示，每個ROM 命令都是 8 bit 長。表 DS18B20 ROM 命令指令 協(xié)議 功能讀 ROM 33H 讀 DS18B20 中的編碼(即 64 位地址)符合 ROM 55H發(fā)出此命令后，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 ROM 0F0H 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 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換命令，適用于單個 DS18B20 工作告警搜索命令0ECH 執(zhí)行后，只有溫度超過廟宇值上限或下限的片子才做出響應(yīng)溫度轉(zhuǎn)換 44H 啟動 DS18B20 進行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間最長為 500ms(典型為 200ms),結(jié)果豐入內(nèi)部 9 字節(jié) RAM 中讀暫存器 BEH 讀內(nèi)部 RAM 中 9 字節(jié)的內(nèi)容本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 13 頁 共 61 頁 寫暫存器 4EH 發(fā)出向內(nèi)部 RAM 的第 4 字節(jié)寫上、下溫度數(shù)據(jù)命令，緊該溫度命令之后，傳達兩字節(jié)的數(shù)據(jù) 復(fù)制暫存器48H 將 RAM 中第 4 字內(nèi)容復(fù)制到 E2PROM 中重調(diào)E2PROM0B8H 將 E2PROM 中內(nèi)容恢復(fù)到 RAM 中的第 4 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” ，外部供電時 DS18B20 發(fā)送“1” 鍵盤電路設(shè)計 行列式鍵盤與單片機接口電路根據(jù)本設(shè)計需