【正文】 的物理量，是工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍、最重要的工藝參數(shù)之一 ，所以溫度測量技術和測量儀器的研究是一個重要的課題。 論文 首先 詳細介紹了一線總線智能溫度傳感器 DS18B20 及單片機工作原理 ，在此基礎上 ，設計了相應的硬件原理圖及軟件程序，實現(xiàn)了溫度檢測與顯示環(huán)節(jié)。而溫度作為一個重要的物理量，是工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍、最重要的工藝參數(shù)之一。 該論文 主要講述了用溫度傳感測溫的主要原理、實際硬件電路的設計、軟件設計和 調(diào)試 分析。第四 章進行系統(tǒng)調(diào)試分析，這將有助于今后對系統(tǒng)的改進，以進一步提高系統(tǒng)的測量精度 ，并 講述了通過本設計所得的結論和心得體會。熱電偶具有結構簡單、制作方便 、 測量范圍寬、精度高、熱慣性小等特點。 d 鉑鍺 30鉑鍺 6， 型號為 WRR，分度號為 B， 測溫范圍 3001600℃， 短期可測 1800℃ 。他們的關系為 ： 0011()B TTTTR R e ?? 式中 RT－ 在溫度 T(K)時的電阻值； RT0－ 在溫度 T0(K)時的電阻值； e－ 自然 對數(shù)的底 ； B－ 常數(shù)，其值與半導體材料的成分和制作方法有關。緩變型 PCI 元件的溫阻特性基本上隨溫度升高阻值慢慢增大，起溫度補償作用。熱輻射式高溫計就是根據(jù)這種熱輻射原理制成的。新一代溫度檢測元件正在不斷出現(xiàn)和完善化。 （ 2） 集成電路溫度檢測元件 利用硅晶體管基極 － 發(fā)射極間電壓與溫度關系 （ 即半導體 PN 結的溫度特性 ） 進行溫度檢測，并把測溫、激勵、信號處理電路和放大電路集成一體，封裝于小型管殼內(nèi)，即構成了集成電路溫度檢測元件。這種檢測器精度極高，可以測量出千分之一開爾文，而且輸出的頻率信號適于數(shù)字化運算處理，故是一種性能十分良好的溫度檢測器。 （ 5） 石英晶體溫度檢測器 它采用 LC 或 Y 型切割的石英晶片的共振頻率隨溫度變化的特性來制作的。用氦氖激光源的激光作反射計可測得很高的溫度，精度 達 1%；用激光 干 涉和散射原理制作的溫度檢測器可測量更高的溫度，上限可達 3000℃ ，專門用于核聚變研究，但在工業(yè)上應用還需進一步開發(fā)和實驗。 （ 8） 純貴金屬熱電偶的研究 由兩種純金屬組 成的熱電偶，因其材料均勻性遠優(yōu)于合金材料，因而穩(wěn)定性好 得 多。所有的現(xiàn)場儀表 （ 溫度檢測儀表是其中一種 ） 均接到現(xiàn)場總線上。系統(tǒng)結構框圖和硬件原理圖分別如圖 21 和圖 22 所示。它具有體積小、精度易保證、無需標定等特點 ， 特別適合與單片機合用構成智能溫度檢測及控制系統(tǒng) 。方案 （二） 的溫度檢測范圍已經(jīng)由系統(tǒng)中的 DS18B20 的特性所決定，它能檢測的溫度范圍為 55℃ 到120℃ ，雖然其溫度檢測范圍很窄，但已足夠滿足一般測量需要，從整體上來看方案 （二） 比方案 （一） 更簡單，因為我們方案 （二） 是利用現(xiàn)有的智能溫度傳感芯片 DS18B20， 他無需 A/D 轉換，直接輸出數(shù)字量。 系統(tǒng)復雜度：由于 DS18B20 是單總線器件，一條總線上可以掛接多個DS18B20，因此，與模擬傳感器相 比，可以大大減少接線的數(shù)量，而且不需要 A/D轉換器，降低系統(tǒng)的復雜度。采取數(shù)據(jù)總線供電方式可以節(jié)省一根導線，但是完成溫度測量的時間較長；采取外部供電方式會多用一根于供電導線，好處是可以更快的得到溫度測量的結果[6]。當總線為高時，穩(wěn)定電源的提供是通過單線上的上拉電阻實現(xiàn)的，總線信號 “ 高 ” 也控制內(nèi)部電容（ Cpp），當總線為低時由電容為器件供電。 ROM 碼的低 8位含有 DS18B20 的單線產(chǎn)品系列編碼： 28H。暫存存儲器有助于在進行一線通信時，確保數(shù)據(jù)的完整性。 表 33 DS18B20 存儲器映像表 存儲器 位 溫度 LSB 1 溫度 MSB 2 TH 用戶字節(jié) 1 3 TL 用戶字節(jié) 2 4 配置寄存器 5 保留 6 保留 7 保留 8 CRC 9 暫存存貯器是按 8 位字節(jié)存儲器來組織的， 前 兩個字節(jié)包含溫度信息；第 3和第 4個字節(jié)分別是 TH 和 TL的易失性拷貝，且在每一次上電復位時被刷新； 第5 個字節(jié)為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉換分辨率； 6， 7， 8的 三 個字節(jié)沒有使用，但是在讀回時它們呈現(xiàn)為邏輯全 1； 第 9個字節(jié)讀出前面8個字節(jié)的 CRC 碼，用來校驗數(shù)據(jù)，從 而保證通信數(shù)據(jù)的正確性 [7]。 同時計數(shù)器用斜率累加器電路所決定的值進行預置。 斜率累加器用于補償振蕩器溫度特性的非線性，以產(chǎn)生高分辨率的溫度測量。 轉化完成后的溫度值以 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)。 4） CRC 的產(chǎn)生 總線上的主機可以根據(jù) ROM的前 56位計算出 CRC的值，并把它與存貯在DS18B20內(nèi)的 CRC值進行比較，以判斷 ROM的數(shù)據(jù)是否已被主機正確地接收。當存儲在 DS18B20內(nèi)或由DS18B20計算得到的 CRC值與總線主機產(chǎn)生的值不相符合時，在 DS18B20內(nèi)沒有電路來阻止命令序列的繼續(xù)執(zhí)行。由于 Intel 公司的這種 MCS 系列的經(jīng)典體系結構、極好的兼容性和其最徹底的技術開放政策，許多電器商、半導體商 （ 如： ATMEL, PHLIPS, ANANOG DEVICES, DALLAS 等 ） 以 MCS 系列單片機的基本內(nèi)核為內(nèi)核開發(fā)了眾多芯片?？紤]到功耗問題 （ 如 ： 8051 功耗為 630mw，而 80C51 為 120mw） ，本系統(tǒng)選用 CHMOS 工藝的芯片。共有 8 條引腳，有兩種不同功能。當 P1 口作為通用 I/O 口使用時， ～ 的功能和 P0 口的第一功能相同，也用于傳輸用戶的輸入或輸出數(shù)據(jù)。第一功能是可以作為通用 I/O 口使用；第二功能是和 P0 口第二功能相配合，用于輸出片外存儲器的高 8 位地址，共同選中片外存儲器單元，但不能 像 P0 口那樣傳送存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。通常把數(shù)碼管、符號管、米字管共稱筆畫顯示器，而把筆 畫顯示器和矩陣管統(tǒng)稱為字符顯示器。在裝反射罩前，用壓焊方法在芯片和印刷電路上相應金屬條之間連好φ 30μ m的硅鋁絲或金屬引線，在反射罩內(nèi)滴入環(huán)氧樹脂，再把帶有芯片的印刷電路 板與反射罩對位粘合，然后固化。這種方式一般用于四位以上的數(shù)字顯示（或符號顯示）。它們適用于小型數(shù)字儀表中。其他類型筆畫顯示器最高可達 （ 英寸）甚至達數(shù)百mm。 （三） LED 顯示器的參數(shù) 由于 LED 顯示器是以 LED 為基礎的，所以它的光、電特性及極限參數(shù)意義大部分與發(fā)光二極管的相同。脈沖占空比越小，脈沖正向電流可以越大） LED顯示器工作原理 發(fā)光二極管一般為砷化鎵半導體二極管，在發(fā)光二極管兩端加上正電壓，發(fā)光二極管發(fā)光。 （ 1） 共陽極接法 17 把發(fā)光二極管的陽極連接在一起構成公共陽極。 七段 LED包含七段發(fā)光二極管和小數(shù)位發(fā)光二極管，共需 8位 I/O口線控制，其代碼為一個字節(jié)。列掃描用 ～ 口來實現(xiàn)，列驅動使用 9012 三極管。電源線根據(jù) DS18B20 的要求，使用 5V 的直流供電。這里的 LED 驅動器選擇了 74LS244， 74LS244 是一個兩 4位三態(tài)緩沖器，其引腳如圖 38 所示，當它的控制端和為低電平時，輸出 Y 的狀態(tài)與輸入端 A 相同：當和為高電平時，輸出成高阻狀態(tài)。所以，如果在系統(tǒng)重啟之前改變總線上的 DS18B20，那么系統(tǒng)就會重新為 DS18B20 排序和編號。反過來說，如果系統(tǒng)總線上的 DS18B20 發(fā)生變動，就必須重啟系統(tǒng)。溫度測量每 2s 進行一次，其程序流程如圖 51所示 ： 初 始 化開 機 顯 示 “ 8 8 8 8 ”顯 示 2 s讀 出 溫 度 值 ， 主 機 發(fā) 出 溫 度 轉換 命 令 ， 溫 度 計 算 處 理顯 示 溫 度 值 2 s 圖 51 DS18B20數(shù)字溫度計主函數(shù)流程圖 2： DS18B20 復位函數(shù) 復位函數(shù)時序如圖 51所示，總線 t0 時刻發(fā)送一復位脈沖，接著在 t1 時刻釋放總線并進入接收狀態(tài)， DS18B20 在總線的上升沿之后等待 15~60181。s 之內(nèi)主機應將所需寫的位送到總線上， DS18B20 在 t0后 15～ 60181。 圖 52 DS18B20 寫 0 和寫 1時序 4： 讀字節(jié)函數(shù) 如圖 53 所示 為 讀 位 時序函數(shù)，主機總線 t0時刻從高拉至低電平時，總線需要保持低電平 1~4181。連續(xù)讀 2 位的間隙應大于 1181。此命令只能在總線上僅有一個 DS18B20 的情況下使用。所有與 64 位 ROM 序列不符的從機將停止響應，等待復位脈沖。如果在總線上存在多于一個的從屬器件，而且在 Skip ROM 命令之后，又指令所有從機向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，那么會在總線上發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，并產(chǎn)生“ 線與 ” 的效果 [16]。告警的條件定義為溫度高于 TH 或低于 TL。主機在進入操作程序前必須接入 DS18B20，用 ROM 命令建立與目標 DS18B20 25 的通信。再經(jīng)過 12s 后，就能用很少的時間去讀取，這種方式使得系統(tǒng)的運行周期小于傳統(tǒng)方式。 （ 7） Copy Scratchpad（ 復制暫存存儲器 ） [48H] 此命令把暫存存儲器復制入 DS18B20 的 E2 存儲器，把溫度觸發(fā)器字節(jié)存入非易失性存儲器。當測量溫度超過閾值范圍時，傳感器將發(fā)出報警信號。如果總線主機在此命令之后發(fā)出 讀時間片，此時如果DS18B20 正忙于進行溫度變換，它將在總線上輸出 0。這種重新調(diào)出的操作在 DS18B20 上電時也會自動發(fā)生。 表 56 存儲器操作命令 指令 說明 代碼 總線操作 Convert T 啟動溫度變換 [44H] 總線釋放等待 1~2 秒 Read Scratchpad 從暫存存儲器讀字節(jié) [BEH] DS18B20發(fā)出存儲器內(nèi)數(shù)據(jù) Write Scratchpad 寫字節(jié)入 TH 和 TL [4EH] 主機向存儲器發(fā)送數(shù)據(jù) Copy Scratchpad 存儲器內(nèi)容復制 E2 [43H] DS18B20“ 復制忙 ” 狀態(tài) Recall E2 E2 內(nèi)容重新調(diào)入存儲器 [E3H] DS18B20“ 讀數(shù)據(jù)忙 ”狀態(tài) Read Power Supply 檢測 DS18B20 供電方式 [B4H] 讀電源 從 DS18B20 讀取的二進制數(shù)值必須先轉換為十進制數(shù)值，才能用于字符的顯示。因為小數(shù)部分是半字節(jié)，所以二進制值的范圍為 0~F，轉換 27 成十進制小數(shù)值就是 的倍數(shù) （ 0~15 倍）。如在工業(yè)、空調(diào)系統(tǒng)、智能樓宇等領域的溫度測量中可以有廣泛的應用。 系統(tǒng)調(diào)試以程序為主。本程序采用單片機 C語言編寫，用 Keil C51編譯器編程調(diào)試。 DS18B20 溫度計還可以在高低溫報警，遠距離多點測溫控制方面進行應用開發(fā)，但在實際設計中應注意以下問題： （ 1） DS18B20 工作時電流高達 ，總線上掛接點數(shù)較多時且同時進行轉換時要考慮增加總線驅動，可用單片機端口在溫度轉換時導通一個 MOSFET 供電。對單片機的編程是整個設計中最重要的一個部分，畢業(yè)設計中我使用的是 C語言對單片機進行編程，讓我對單片機 C語言的認識有了進一步的提高。但我也同時認識到我自己真的太渺小了，我需要提升自己，讓自己站得更高，看得更遠。他們無私地付出才有了今天的我，是我的家人給了我學習的機會，讓我的人生有一個新的起點，三年來的學習生活讓自己懂得更多，使 我對未來的新生活充滿了信心和希望。從尊敬的導師身上，我不僅學到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學到了做人的道理。 在我成長的過程中，有許多老師、同學、朋友給了我?guī)椭?在此我要向我的導師致以最衷心的感謝和深深的敬意。段控口地址 MOV DPTR,DSEG MOVX P1,DPTR+A ACALL DELAY MOV A, 0FB H MOV R1,2BH MOV DPTR,DSEG MOVX P1,DPTR+A ACALL DELAY MOV A, 0FD H MOV R1,2CH MOV DPTR,DSEG 34 MOVX P1,DPTR+A ACALL DELAY AJMP START DELAY:MOV R4,02H ；延時大約 1MS DELAY1:MOV 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