【正文】 高速緩存 存儲器與控制邏 輯 溫度傳感器 高溫觸發(fā)器 TH 低溫觸發(fā)器 TL 配置寄存器 8 位 CRC 發(fā)生器 Vdd 陜西教育學(xué)院高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 頁 9 圖 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) 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。 陜西教育學(xué)院高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 頁 8 * 工作電源 : 3~5V/DC * 測量結(jié)果以 9位數(shù)字量方式串行傳送。如下圖 、 所示： 圖 圖 溫度傳感器 DS18B20 溫度傳感器是 采用美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片，經(jīng)焊接，外加不銹鋼保護管封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域 ,并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9～ 12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 XTAL1： 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。另外，該引腳被略微拉高。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。當 P3口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P2口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。在 FLASH編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 （ 2） 管腳說明： VCC： 供電電壓。 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 如圖 所示。 從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計也比較簡單，故采用了方案二。 方案一：方案一：考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設(shè)計中，大多都是使用傳感器， 所以這是非常容易想到的，所以可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，感溫電路比較麻煩，進行 A/D 轉(zhuǎn)換，才可以滿足設(shè)計要求。 實現(xiàn)溫度閉環(huán)控制，控制溫度誤差范圍≤177。 （ 3）保證性能指標要求的技術(shù)措施。 （ 4）通用性好 系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮能適應(yīng)不同的設(shè) 備和各種不同設(shè)備和各種不同控制對象，并采用積木式結(jié)構(gòu)，按照控制要求靈活構(gòu)成系統(tǒng)。 （ 1）安全可靠 首先要選用高性能的 AT89C51 單片機，保證在惡劣的工業(yè)環(huán)境下能正常運行。其中溫度傳感器 DS18B20，它集溫度測量、 A／ D轉(zhuǎn)換于一體，其測量范圍寬 (55℃～ 125℃ )，DS18B20 是一款具有單總線結(jié)構(gòu)的器件。 在我們?nèi)粘Ｉ罴案鞣N生產(chǎn)中，經(jīng)常要用到溫度的檢測及控制，傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和熱電阻。但是電子溫度計主要應(yīng)用還是在生產(chǎn)過程、實驗室及研究所。陜西教育學(xué)院高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 頁 1 前 言 單片機在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，在很多的電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測和溫度控制。電子溫度計本身可由電源提供電壓，用溫度傳感器檢測溫度，因此電子溫度計屬溫度系統(tǒng)。而熱電偶和熱電阻測出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度，需要比較多的外部硬件支持。 由 DS18B20 組建的溫度測量單元體積小，便于攜帶、安裝。其次是設(shè)計可靠的控制方案，并具有各種安全保護措施，如報警、事故預(yù)測、事故處理和不間斷電源等。主要表現(xiàn)在兩個方面：一是硬件板設(shè)計采用標準總線結(jié)構(gòu)（如 PC總線），配置各種通用的模板，以便擴充功能時，只需增加功能模板就能實現(xiàn)；二是軟件功能模塊或控制算法采用標準模塊結(jié)構(gòu)，用戶使用時不需要二次開發(fā)，只需各種功能模塊，靈活地進行控制系統(tǒng)組態(tài)。 （ 4）抗干擾性和可靠性設(shè)計。 ℃。 方案二：由于本設(shè)計是測溫電路，首先要選用高性能的 AT89C51 單片機，保證在惡劣的工業(yè)環(huán)境下能正常運行。 考慮到方案中制作數(shù)字溫度計，在單片機電路設(shè)計中，大多都是使用傳感器，這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器 DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計要求。 （ 1） 主要特性： 三級程序存儲器鎖 定 5 個中斷源 GND： 接地。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原 碼，此時 P0 外部必須被拉高。 圖 陜西教育學(xué)院高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 頁 6 P2 口： P2口為一個內(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 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1” 時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在給出地址 “1” 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。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。 ALE/PROG： 當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 陜西教育學(xué)院高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 頁 7 EA/VPP： 當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。 XTAL2： 來自反向振蕩器的輸出。 ① :：技術(shù)性能描述 * 獨特的單線接口方式， DS1820 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS1820 的雙向通訊 ,在使用中不需要任何外圍元件。 * 不銹鋼保護管直徑 Φ6 * 適用于 1/2”, 3/4”, 1”, DN40~DN250 各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫 ② ：應(yīng)用范圍 * 該產(chǎn)品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領(lǐng)域 * 軸瓦，缸體，紡機，空調(diào)，等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制。 DS18B20 的管腳排列如圖 所示 : 圖 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存 RAM和一個 非易失性的可電擦除的 EERAM。 DS18B20 工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。因此，在實際 應(yīng)用 中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第 2字節(jié)。 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與 RAM 中的 TH、 TL 字節(jié)內(nèi)容作比較。主機 ROM 的前 56 位來計算 CRC 值，并和存入 DS18B20 的 CRC值作比較，以判斷主機收到的ROM 數(shù)據(jù)是否正確。分別說明如下： (1)初始化 單總線的所有處理均從初始化開始。 DS18B20 在檢測到總線的上升沿之后等待 1560us，接著 DS18B20 在 t2時刻發(fā)出存在脈沖 (低電平 持續(xù) 60240 us)。見圖 。之后在 t1 時刻將總線拉高， 產(chǎn)生讀時間隙，讀時間隙在 t1 時刻后 t 2 時刻前有效， t 2 距 to 為 15us。之后的操作就是針對該 DS18B20 的。這種方式使其 T 值往往小于傳統(tǒng)方式。在使用 PL/M、 C等高級語言進行系統(tǒng)程序設(shè)計時 ,對 DS1820 操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。試驗中 ,當采用普通信號電纜傳輸長度超過 50m 時 ,讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。 (4)在 DS1820 測溫程序設(shè)計中 ,向 DS1820 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后 ,程序總要等待 DS1820的返回信號 ,一旦某個 DS1820接觸不好或斷線 ,當程序讀該 DS1820時 ,將沒有返回信號 ,程序進入死循環(huán)。 AT89C51是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。由于將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “1” 且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。由于外部時鐘方式用于多片單片機組成的系統(tǒng)中，所以此處選用內(nèi)部時鐘方式。最簡單的復(fù)位電路如圖 所示。這樣構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單可靠，其特點是沒有外部擴展，有可供用戶使用的大量的 I∕ O 線。當 DS18B20處于寫存儲器操作和溫度 A/D 轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為 10us。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 9 J u n 2 0 06 S he e t o f F i l e : H : \我的設(shè)計 \溫度計 . d db D r a w n B y:R11kR21kR34 70R44 . 7 kC12 2uC22 2uC33 0pC43 0pbs ou n dV T I8 55 0Y1C R Y S T A LR54 70V C CE A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U18 05 1GND1I/O2VDD3T1D S 18 B 2 0R64 . 7 KV C CA1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U27 4A L S 1 64A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U37 4A L S 1 64A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U47 4A L S 1 64a b c d e f hdpab cdefgdpcom9L E D 4L E Da b c d e f hdpab cdefgdpcom9L E D 3L E Da b c d e f hdpab cdefgdpcom9L E D 2L E DD2L E DD1L E DS3S W P BS4S W P BS2S W P BR74 70R84