【正文】 移 入 8 位 CRC 會(huì)使移位寄存器復(fù) O。 斜 坡 累 加 器計(jì) 數(shù) 器計(jì) 數(shù) 器低 溫 度 系 數(shù) 振 蕩 器高 溫 度 系 數(shù) 振 蕩 器預(yù) 置預(yù) 置比 較溫 度 寄 存 器停 止增 加LSB置位/清O= 0= 0 圖 9溫度傳感器測(cè)量電路 DS18B20是這樣測(cè)溫的：用一個(gè)高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個(gè)門周期，內(nèi)部計(jì)數(shù) 陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 器在這個(gè)門周期內(nèi)對(duì)一個(gè)低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)得到溫度值。 (4)如果任何一條指令中 PC 被作為目標(biāo)操作數(shù)，那么計(jì)算的 8 位結(jié)果將被送入PC 的低 8 位， PC 的低 8 位， PC的第 9位將被清零。 (5)D D6位 保留位未用 五、 間接尋址 INDF 和 FSR 寄存器 INDF 間 址寄存器不是一個(gè)物理寄存器，它被用來(lái)協(xié)同寄存器 FSR 實(shí)現(xiàn)間接尋址操作，實(shí)際有效地址是寄存器 FSR 的內(nèi)容。但對(duì)減法指令 SUBWF，減法運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生借位時(shí)，該位被清零，而 無(wú)借位時(shí)被置 l。四種可選振蕩方式 一低成本阻容： RC 陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 一標(biāo)準(zhǔn)晶體／陶瓷： XT 一高速晶體／陶瓷： HS 一低頻晶體： LP 四、 CMOS 工藝特性 雙向可獨(dú)立編程設(shè)置 I／ 0 引腳 s SAR A／ D轉(zhuǎn)換器； (3)16 通道 16 位單斜率積 分 A／ D轉(zhuǎn)換器； (4)雙 5mV 典型偏置的比較器； (5)8 位 D／ A 轉(zhuǎn)換器； (6)內(nèi)部集成的溫度傳感器； (7)內(nèi)部集成的基準(zhǔn)電壓源； (8)內(nèi)部集成的振蕩器； (9)32*4 點(diǎn)陣多路復(fù)用的 LCD 驅(qū)動(dòng)器； (10)8／ 9位通用異步串行接收發(fā)送器 USART(串行通信接口 )； (11)用電池供電的實(shí)時(shí)時(shí)鐘； (12)雙 1 6 位 200ns 捕捉寄存器； (13)雙 1 6 位 200ns 比較輸出接口； (14)并行從動(dòng) (SLAVE)端口； (15)64 字節(jié) EEPROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 設(shè)計(jì)師還可以用 PIC 微控制器， 通過(guò)對(duì)其編程來(lái)取代那些低檔的門陣列、 PLD、膠合 (G1ue Logic)邏輯和多芯片狀態(tài)機(jī)等設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)一步開發(fā)其高性能價(jià)格比的 優(yōu)點(diǎn)，PIC 微控制器除了其價(jià)格優(yōu)勢(shì)外，設(shè)計(jì)師還可以得到多方面的可編程靈活性、強(qiáng)有力的控制器功能和節(jié) 約空間的諸多好處。而在哈佛結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)中，指令和數(shù)據(jù)空間是完全分開的。 PIC 系列微控制器硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1． 精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī) (RISClikeReduced Instruction Set Computerlike)結(jié)構(gòu) Microchip 技術(shù)公司具有先進(jìn)的類 RISC 結(jié)構(gòu)的 PIC 系列微控制器的簡(jiǎn)潔性， 為 8陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 位微計(jì)算機(jī)市場(chǎng)設(shè)立了一種事實(shí)上的新的性能標(biāo)準(zhǔn)。驅(qū)動(dòng)器輸出電平在 以下時(shí)為邏輯“ l，在 +“ O’’。 ③軟件編程靈活，可采用 C 語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程。 陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第二章 方案論證 總體方案設(shè)計(jì) 數(shù)字化無(wú)線溫度傳感器的設(shè)計(jì)應(yīng)包含兩個(gè)部分：一部分是溫度測(cè)量 (發(fā)射 )電路， 一部分是溫度處理 (接收 )電路。 利用 CMOS 工藝兼容的集成濕度傳感器將敏感電容和處理電路集成在一塊硅片上，通過(guò) Coventor 模擬得到全量程總的敏感濕敏電容變化值，同時(shí)提高了可靠性并降低了成本，隨著微機(jī)械 加工技術(shù)的逐步發(fā)展，使得以 CMOS 工藝技術(shù)制造的集成濕 度傳感器已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。 ℃，要求靜態(tài)功耗電流小于 10 A? ，動(dòng)態(tài)功耗電流小于 8mA，無(wú)線傳輸距離大于 10 米，傳輸速率為． 本設(shè)計(jì)中利用無(wú)線技術(shù)和數(shù)字化集成溫度傳感器技術(shù)，研制數(shù)字化無(wú)線集成溫度傳感器，以確保熱量表一體化，解決現(xiàn)有熱量表需有線測(cè)量回水溫度帶來(lái)的可靠性、安全性差等諸多問(wèn)題。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同 意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 國(guó)內(nèi)、國(guó)外現(xiàn)狀及發(fā)展情況 目前集成化智能傳感器技術(shù)發(fā)展非常迅速，然而由于我國(guó)國(guó)有資金和技術(shù)等方面的不足，在此方面的研究上同國(guó)外的差距還很大。圖像傳感器在 CMOS 工藝兼容基礎(chǔ)上使得其動(dòng)態(tài)陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 范圍擴(kuò)展技術(shù)有所進(jìn)步。溫度測(cè)量部分由傳感器、 MCU、和無(wú)線發(fā)射模塊 構(gòu)成。 但其價(jià)格昂貴，功能強(qiáng)大，用在此處屬于大材小用。接收器輸入電平在 以下時(shí)為邏輯“ l，在 + 以上時(shí)為邏輯“ 0’’。為了達(dá)到獨(dú)一無(wú)二的高速性能，PIC 微控制器采用了小型機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。一個(gè)用于指令，一個(gè)用于數(shù)據(jù)。 3 低功耗 由于采用全靜態(tài) CMOS 設(shè)計(jì)，電源操作能耗很低，但非?？煽俊? 8 中斷特性 PIC16CXX 和 PIC17CXX 有中斷功能。 8位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器 TMR0，帶 8位預(yù)分頻 低功耗 2MA5V， 4MHZ 15UA3V， 32KHZ 1UA 低功耗 Sleep 模式下 這一點(diǎn)與大多數(shù)微處理機(jī)的情況不一樣。 對(duì) INDF 寄存器本身進(jìn)行間接尋址訪 問(wèn) ，將讀出 FSR 寄存器的內(nèi)容。 PC的高 2 位 D10和 D9交用狀態(tài)寄存器 STATUS 中的頁(yè)面選擇位 PA1 和 PAO(D6和 D5位 )來(lái)加載作為高位地址。計(jì)數(shù)器被預(yù)置到對(duì)應(yīng)于 55℃ 的一個(gè)值。 六、 4DSl8820 與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì) 圖 5 以 MCS 一 5 l 系列單片機(jī)為例，畫出了 DS18B20 與微處理器的典型連接。然后從系列編號(hào)的最低有效位開始，一次一位移入寄存器， 8 位系列編碼都進(jìn)入以后，序列號(hào)再進(jìn)入， 48 位序列號(hào)都進(jìn)入后，移位寄存器中就存儲(chǔ)了 CRC 值。圖 9 示出了溫度測(cè)量電路的方框圖。返回指令的功能是把堆棧棧頂?shù)臄?shù)據(jù) (即斷口地址 )送入程序計(jì)數(shù)器 PC，以確保正確保證返回調(diào)用的主程序。 (3)TOSE(D4)(TMRO source edge select)TMRO 源觸發(fā)沿選擇位 TOSE=O 當(dāng) TOCK1 引腳上出現(xiàn)上升沿對(duì)計(jì)數(shù)器加 l； TOSE=I 當(dāng) TOCK1 引腳上出現(xiàn)下降沿肘計(jì)數(shù)器加 l. (4)TOSE(D5)(TMRO clock source)TMRO 時(shí)鐘信號(hào)源選擇位 TOSE=0 用內(nèi)部指令周期時(shí)鐘 (CLKOUT) TOSE=1 用 TOCKl 引腳上外部輸入的脈沖。狀態(tài)寄存器各位安排如下所示： PA2 PAl PAO TO PD Z DC C 其各位功能如下所示： (1)C(D0)(Carry／ Borrow)進(jìn)位／借位標(biāo)志位 對(duì)加法指令 ADDWF 和 ADDLW，加法運(yùn)算結(jié)果的最高有效位產(chǎn)生進(jìn)位時(shí)，該位被置 1 元進(jìn)位時(shí)清零。程序保密位，可防程序代碼的非法拷貝 高驅(qū)動(dòng)電流， I／ O腳可直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 (LED)顯示 每個(gè) I／ O引腳最大拉電流 25MA 每個(gè) I／ O引腳最大灌電流 20MA 7 可編程的特殊外圍接口性 (1)雙 lO 位／ 20KHZ， 8 位／ 80KHZ 的 PWM(脈寬調(diào)制 )接 口 ； (2)可多達(dá) 8 個(gè)通道 8位、 26181。利用 PIC 高性能算法處理能力的實(shí)時(shí)性可以取代低效率的存儲(chǔ)操作和精確度不高的查表法。諾依曼結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)是在同一個(gè)存儲(chǔ)空間取指令和數(shù)據(jù) (即普林斯頓結(jié)構(gòu) )，兩者不能同時(shí)進(jìn)行，故限制了工作帶寬。 PIC 系列微控制器在世界微控制器市場(chǎng)份額排名逐年上升，在 8 位微控制器市場(chǎng)，已從 1990 年的第 20 位提高到 1996 年的第 5 位，以至成為一種新的 8位微控制器的世界標(biāo)準(zhǔn)和最有影響力的主流嵌入式控制器?？偩€兩端接匹配電阻 (100Ω 左右 )，驅(qū)動(dòng)器負(fù)載為 54Ω 。 ②硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有豐富的可編程多路復(fù)用 I／ O 引腳，能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度傳感器、 鍵盤顯示接口、輸出打印接口的編程功能。以適應(yīng)我國(guó)民用計(jì)量?jī)x表使用的實(shí)際現(xiàn)狀，達(dá)到節(jié)約能源和供需平衡的目的。 3． CMOS 工藝兼容 目前，國(guó)外在研究二次集成技術(shù)的同時(shí)，集成智能傳感器在工藝上的研究熱點(diǎn)集中在研制與 CMOS 工藝兼容的各種傳感器結(jié)構(gòu)及制造工藝流程，探求在制造工藝和微機(jī)械加工技術(shù)上有所突破。 本設(shè)計(jì)中的測(cè)溫范圍在 O℃～ 100℃之間，測(cè)溫精度為177。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 ’ 集成化智能傳感器研制是較新的發(fā)展方向，具有廣闊的市場(chǎng)空間，它主要利用集成電路的工藝和微機(jī)械加工技術(shù)取得研究進(jìn)展；但比國(guó)外集成電路的主流工藝要落后到兩代以上。 4．傳感器的微型化 集成智能傳感器的微型化決不僅僅是尺寸上的縮微與減少，而是一種具有新機(jī)理、新結(jié)構(gòu)、新作用和新功能的高科技微型系統(tǒng)，并在智能程度上與先進(jìn)科技融合。溫度處理部分由無(wú)線接收模塊、 MCU、與上位機(jī)通訊的接口電路構(gòu)成。 方案 三：以 PIC 系列單片機(jī)作為中央處理單元，本方案具有前兩個(gè)方案無(wú)法取代 的優(yōu)點(diǎn)： 1) 選型靈活， PIC 系列從低到高有幾十個(gè)型號(hào)， 可以滿足各種需要。 RS485 傳輸速率最高為 10Mbit/s，最大電纜長(zhǎng)度為 1200 米。先進(jìn)的類 RISC 結(jié)構(gòu)體現(xiàn)在每一條高效率和功能強(qiáng)大的指令上。由于可以對(duì)程序和數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行訪問(wèn)，所以提高了數(shù)據(jù)吞吐率。因?yàn)槠瑑?nèi)有上電INSD TMRO PCL STATUS FSR PORTA 其他專用寄存器 通用寄存器 GPR 取指 1 執(zhí)行 3 取指 4 執(zhí)行 1 取指 2 執(zhí)行 2 取指 3 執(zhí)行 4 W 寄存器 陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 復(fù)位電路 、監(jiān)視定時(shí)器電路和 RC 振蕩器電路選擇等，所以就不需要增加價(jià)格較高的片外支持的功能元器件，從而降低了系統(tǒng)成本和系統(tǒng)功耗。根據(jù)要求可以選用多個(gè)不同數(shù)目的內(nèi)容和外部中斷源。有 1～ 2路捕抓輸入／比較輸出／ PWM 輸出 (CCP) 全靜態(tài)設(shè)計(jì) 對(duì)循環(huán)移位指令 RRF 和 RLF，該位將與源寄存器的數(shù)據(jù)一起循環(huán)移位。 FSR寄存器在 PIC16C57 中是 7位寄存器，其低 5位用來(lái)存儲(chǔ)選擇 32 個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的地址 PICl6C57 中，由于片內(nèi)有 128 個(gè)存儲(chǔ)單元，分成 4 個(gè)“體 ” ，每個(gè)“體 有 32個(gè)單元。 七、工作寄存器 W W 寄存器是一個(gè) 8位的用于 ALU 運(yùn)算的工作寄存器， 相當(dāng)于一般微處理機(jī)中的 A累加器，但它是一個(gè)不可尋址的寄存器。如果計(jì)數(shù)器在門周期結(jié)束前到 達(dá) O，則溫度寄存器(同樣被預(yù)置到 55℃ )的值增加，表明所測(cè)溫度大于 55℃。圖11 中 DS18B20 采用寄生電源方式，其 VDD 和 GND 端均接地。 單線 CRC 可以用一個(gè)由移位寄存器和 XOR 門構(gòu)成的多項(xiàng)式發(fā)生器 來(lái)產(chǎn)生，見圖l 0. M S B X O RL S B輸 入X O RX O R單 線 C R C 碼 圖 1 O 單線 CRC 移位寄存器的各位都被初始化為 0。對(duì)于單線操作：漏極開路 7 3 VDD VDD 四、測(cè)溫操作 DS18B20 通過(guò)一種片上溫度測(cè)量技術(shù)來(lái)測(cè)量溫度。 (3)“ RETLW39。 選擇寄存器 OPTION —— —— TOCS TOSE PSA PS2 PS PSO 其中各位意見如下： (1)PS PS PS0(D D D0)(Perscaler)預(yù)分頻位 PS2 PS1 PS0 TMRO 分辨率 WDT 分辨率 PS2 PS1 PS0 TMRO 分辨率 WDT 分辨率 0 0 0 1:2 1:1 1 0 0 1:32 1:16 0 0 1 1:4 1:2 1 0 1 1:64 1:32 0 1 0 1:8 1:4 1 1 0 1:128 1:64 0 1