【正文】 控制都是不可能實(shí)現(xiàn)的。衡量傳感器靜態(tài)特性的重要特性的重要指標(biāo)是：線性度、遲滯性、重復(fù)性、和靈敏度。遲滯性反映了傳感器機(jī)械部分不可避免的缺陷。傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)于隨時(shí)間變化輸入量的響應(yīng)特性。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)。它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器（內(nèi)含便箋式RAM），用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯，8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）發(fā)生器等七部分。8位檢驗(yàn)CRC48位序列號(hào)8位工廠代碼（10H）MSB LSB MSB LSB MSB LSB 64位ROM結(jié)構(gòu)圖DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEROM。溫度LSB溫度MSBTH用戶字節(jié)1TL用戶字節(jié)2配置寄存器保留保留保留CRC1字節(jié)2字節(jié)3字節(jié)4字節(jié)5字節(jié)6字節(jié)7字節(jié)8字節(jié)9字節(jié)TH用戶字節(jié)1TL用戶字節(jié)2EEROM 高速暫存RAM結(jié)構(gòu)DS18B20工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。高速暫存RAM的第8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。2322212021222324SSSSS262524LS字節(jié)MS字節(jié) 溫度數(shù)據(jù)值格式當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位S=1時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。DS18B20的測(cè)溫原理。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。DS18B20控制方法： CPU對(duì)DS18B20的訪問(wèn)流程是：先對(duì)DS18B20初始化，再進(jìn)行ROM操作命令，最后才能對(duì)存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。 光電耦合器光耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器是一種單片機(jī)輸出與雙向可控硅之間較理想的接口器件，它由輸入和輸出兩部分組成，輸入部分是一個(gè)砷化鎵發(fā)光二極管，該二極管在5mA～15mA正向電流作用下發(fā)出足夠強(qiáng)度的紅外光，觸發(fā)輸出部分。另一方面，光電耦合器的發(fā)光二極管是電流驅(qū)動(dòng)器件，可以形成電流環(huán)路的傳遞形式。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見(jiàn)的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等。光電耦合器作為線性耦合器使用，在發(fā)光二極管上提供一個(gè)偏置電流，再把信號(hào)電壓通過(guò)電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體接收到的是偏置電流上增、減變化的光信號(hào)，其輸出電流將隨輸入的信號(hào)電壓作線性變化。 （2）光信號(hào)單向傳輸，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)反饋，可有效阻斷電路或系統(tǒng)之間的電聯(lián)系，但并不切斷他們之間的信號(hào)傳遞。（6）易與邏輯電路連接。匯編語(yǔ)言更接近機(jī)器語(yǔ)言，常用來(lái)編制與系統(tǒng)硬件相關(guān)的程序，如訪問(wèn)I/O端口、中斷處理程序、實(shí)時(shí)控制程序、實(shí)時(shí)通信程序等；而數(shù)學(xué)運(yùn)算程序則適合用C51高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)，因?yàn)橛酶呒?jí)語(yǔ)言編寫(xiě)運(yùn)算程序可提高編程效率和應(yīng)用程序的可靠性。Keil ，編譯匯編源程序，并生成16進(jìn)制文件和列表文件。模擬器采用Windows系統(tǒng)，能完全模擬AT89C51的所有功能。 部分程序的流程圖 主程序流程圖。如主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過(guò)程，根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)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。而熱電偶和熱電阻測(cè)出的一般都是電壓，要轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，需要比較多的外部硬件支持，硬件電路和軟件調(diào)試都比較復(fù)雜，且制作成本高。在功能上能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)顯示和對(duì)恒定溫度20℃的控制，基本實(shí)現(xiàn)了在任務(wù)書(shū)里面所提出的要求。總之，通過(guò)本次設(shè)計(jì)感受頗深，受益匪淺。DS18B20三個(gè)基本子程序?yàn)椋篋S18B20初始化程序、讀DS18B20子程序、寫(xiě)DS18B20子程序。其次是所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)很零散，未曾進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)的分析和理解，未能夠?qū)W以致用，而在本次設(shè)計(jì)之后，我對(duì)所學(xué)知識(shí)有了比較系統(tǒng)的理解和掌握，有了一定的運(yùn)用能力。如：溫度顯示只考慮了零度以上的顯示，不能顯示出零下的溫度；軟件的編譯方面還不夠完善；在硬件上本來(lái)應(yīng)該制作實(shí)物出來(lái)，但因?yàn)闀r(shí)間的關(guān)系沒(méi)能做出實(shí)物也是十分的遺憾。其測(cè)溫范圍為55℃～125℃，℃，設(shè)計(jì)中我采用了AT89C51來(lái)作為控制的核心，用DS18B20對(duì)溫度進(jìn)行采集，并用LED數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示，通過(guò)后端的升溫降溫驅(qū)動(dòng)電路來(lái)完成對(duì)恒定溫度的控制。： 顯示部分程序流程圖總結(jié)體會(huì)經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的努力，在老師和同學(xué)的幫助下基本完成了本次設(shè)計(jì)的任務(wù)。 主程序流程圖 DS18B20的溫度采樣程序流程圖CPU對(duì)DS18B20的訪問(wèn)流程是：先對(duì)DS18B20初始化，再進(jìn)行ROM操作命令，最后才能對(duì)存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。 主程序功能單一化，只對(duì)各子程序進(jìn)行控制、調(diào)動(dòng)，使整個(gè)程序成為有機(jī)的整體。調(diào)試器采用Windows系統(tǒng)，允許用戶使用AT89C51的UART串行接口在芯片上調(diào)試代碼執(zhí)行。也就是說(shuō)，在用戶系統(tǒng)保留AT89C51的情況下，通過(guò)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)與AT89C51的串行接口通信，直接對(duì)用戶系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，并在調(diào)試完成后將調(diào)試好的程序下載到AT89C51中。（8）工作溫度范圍寬，符合工業(yè)和軍用溫度標(biāo)準(zhǔn)。（4）抗共模干擾能力強(qiáng)，能很好地抑制干擾并消除噪音。在傳輸脈沖信號(hào)時(shí)，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間存在一定的延遲時(shí)間，不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延遲時(shí)間相差很大。在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了“電光電”的轉(zhuǎn)換。光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種“電光電”轉(zhuǎn)換器件，它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。光電耦合器也常用于較遠(yuǎn)距離的信號(hào)隔離傳送。 令 約定代碼 操 作 說(shuō) 明 溫度轉(zhuǎn)換 44H 啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換 讀暫存器 BEH 讀暫存器9個(gè)字節(jié)內(nèi)容 寫(xiě)暫存器 4EH 將數(shù)據(jù)寫(xiě)入暫存器的TH、TL字節(jié) 復(fù)制暫存器 48H 把暫存器的TH、TL字節(jié)寫(xiě)到E2RAM中 重新調(diào)E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫(xiě)到暫存器TH、TL字節(jié) 讀電源供電方式 B4H 啟動(dòng)DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號(hào)給主CPU 使用DS18B20的注意事項(xiàng)：(1) DS18B20有很強(qiáng)的承受負(fù)壓的能力，這樣偶爾的誤操作不會(huì)損壞溫度計(jì)；(2) 連接DS18B20的總線電纜（普通三芯線）在只有上拉電阻的情況下，可靠傳輸長(zhǎng)度可達(dá)45m左右，距離再長(zhǎng)時(shí)須根據(jù)分支點(diǎn)數(shù)、總線長(zhǎng)度匹配其線間電容及阻抗；(3) 溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間DS18B20的為750ms，且靈敏度大為提高，在逐漸升溫的水中與精度為177。如主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過(guò)程，根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)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。采用寄生電源供電方式時(shí)VDD和GND端均接地。 DS18B20測(cè)溫原理圖DS18B20與單片機(jī)的接口電路：DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源。圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開(kāi)時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。圖中GND為地，I/O為數(shù)據(jù)輸入/輸出端（即單線總線），該腳為漏極開(kāi)路輸出，常態(tài)下呈高電平，VDD是外部+5V電源端，不用時(shí)應(yīng)接地，NC為空腳。當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第2字節(jié)。 配置寄存器TMR1R011111 DS18B20分辨率的定義規(guī)定R1R0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/ms009011010113751112750，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長(zhǎng)，而且設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長(zhǎng)。頭2個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第3和第4字節(jié)是TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。開(kāi)始8位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的唯一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：l 獨(dú)特的單線接口引腳進(jìn)行通信；l 多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；l 無(wú)須外部器件；l 可以通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，~；l 零待機(jī)功耗；l 溫度以9或12位數(shù)字讀出；l 用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置；l 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；l 負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。在本次設(shè)計(jì)中用DS18B20作為溫度傳感器，它是集成的專門測(cè)量溫度的芯片，下面就介紹關(guān)于DS18B20的知識(shí)。特性曲線一致，重復(fù)性就好，誤差也小。傳感器的靜態(tài)特性是在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行校準(zhǔn)（標(biāo)定）。本次設(shè)計(jì)中的所用的就是溫度傳感器，下面介紹傳感器的特性：傳感器有靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。當(dāng)LE為“0”電平時(shí)，TG1導(dǎo)通，TG2截止；當(dāng)LE為“1”電平時(shí)，TG1截止，TG2導(dǎo)通，此時(shí)有鎖存作用。 LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。它主要用來(lái)檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。用CD4511實(shí)現(xiàn)LED與接口方法如下圖： CD4511實(shí)現(xiàn)LED與接口：BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。：整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來(lái)完成。在復(fù)位期間CPU檢測(cè)并鎖存/EA/VPP引腳電平狀態(tài)，當(dāng)該引腳為高電平時(shí)，從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器取指令，只有當(dāng)程序計(jì)數(shù)器PC超出片內(nèi)程序存儲(chǔ)器地址編碼范圍時(shí)，才轉(zhuǎn)到外部程序存儲(chǔ)器中取指令；當(dāng)該引腳為低電平時(shí)，一律從外部程序存儲(chǔ)器中取指令。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，低電平有效。 ALE：低8位地址鎖存信號(hào)。T0（）——定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0的外部輸入端 T1（）——定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1的外部輸入端 /WR（）——外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通信號(hào)，低電平有效 在讀/寫(xiě)外部存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出高8位地址信號(hào)A15～A8。 可編程串行通道1288位內(nèi)部RAM壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)AT89C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。AT89C51提供4K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O端口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,5個(gè)向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，2個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。石英晶振起振后要能在X2線上輸出一個(gè)3V左右的正弦波，以便使MCS51片內(nèi)的OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。在石英晶體的兩個(gè)管腳加交變電場(chǎng)時(shí)，它將會(huì)產(chǎn)生一定頻率的機(jī)械變形，而這種機(jī)械振蕩又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。本電路選用的電容為33pF，晶振頻率為12MHz。供電部分輸入220V、50HZ的交流電，輸出電壓+5V，供給整個(gè)電路電源，電流最大為400mA； LM17812和LM17805負(fù)載重，功率大，加裝了散熱片。 按鍵電路 電源電路本設(shè)計(jì)所用的電源電壓為220V，首先交流電經(jīng)過(guò)變壓器降壓為9V的交流電，通過(guò)橋式整流，E1,C1濾波，輸出+5V左右的直流電壓，然后再經(jīng)過(guò)集成三端穩(wěn)壓器IC2（17805），E2,C2濾波，輸出直流5V，給溫度檢測(cè)電路、時(shí)鐘電路、顯示電路、復(fù)位電路等提供工作電壓。按鍵的工作方式有：查詢方式（編程掃描，定時(shí)掃描方式），中斷掃描方式。單片機(jī)及應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是CPU的工作內(nèi)容之一。本鍵盤設(shè)計(jì)中只簡(jiǎn)單地提供鍵盤的行列與矩陣，其他操作如鍵的識(shí)別、決定按鍵的讀數(shù)等僅靠軟件來(lái)完成，故硬件較為簡(jiǎn)單，但占CPU時(shí)間較多。 鍵盤設(shè)置電路鍵盤是人與微機(jī)打交道的主要設(shè)備，按鍵的讀取容易引起誤動(dòng)作。本設(shè)計(jì)中，我采用了光耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器，光耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器是一種單片機(jī)輸出與雙向可控硅之間較理想的接口器件，它由輸入和輸出兩部分組成，輸入部分為砷化鎵發(fā)光二極管，該二極管在5mA～15mA正向電流作用下發(fā)出足夠強(qiáng)度的紅外光，觸發(fā)輸出部分；輸出部分是一個(gè)硅光敏雙向可控硅，在紅外線的作用下可雙向?qū)ā＞唧w轉(zhuǎn)換過(guò)程如下：我們先將要顯示的數(shù)據(jù)裝入累加器A中，再將A中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成高低兩位的BCD碼，再放回A中，然后將A中的值輸出。數(shù)據(jù)與代碼轉(zhuǎn)換。理論上，若兩次顯示之間的時(shí)間間隔小于32ms時(shí)，人眼既無(wú)法分辨，因此，為了達(dá)到此要求，LED的掃描頻率一般可以按照下式計(jì)算得出:f=32*N。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的公共極，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。 LE