【文章內(nèi)容簡介】 生誤差，但晶體本身的誤差對波特率的影響是十分之小的，可以忽略不計。 溫度信號采集單元 DS18B20概述DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(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。 ms和750 ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量；溫度測量范圍為55℃～+125℃，℃；其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單，可靠性更高。 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖33所示，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列，DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端。 圖33 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖(1) 64位ROM的結(jié)構(gòu)，如表32所示。表32 ROM結(jié)構(gòu)圖8位CRC編號48位序列號8位產(chǎn)品系列編碼MSB LSBMSB LSBMSB LSB開始8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的唯一的序號，共有48位最后8位是前56位的CRC校驗碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進行通信的原因。非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入用戶報警上下限。(2) 高速暫存存儲器 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2RAM。后者用于存儲TH，TL值。數(shù)據(jù)先寫入RAM經(jīng)校驗后再傳給E2RAM。而配置寄存器為高速暫存器中的第5個字節(jié)，他的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，DS18B20工作時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。該字節(jié)各位的定義，如表33所示。表33 字節(jié)定義TMR1R011111低5位一直都是1，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即是來設(shè)置分辨率，如表34所示（DS18B20出廠時被設(shè)置為12位）。表34 R1和R0模式表R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時間/ms009位0110位1011位1112位由表32可見設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。因此，在實際應(yīng)用中，分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。高速暫存存儲器除了配置寄存器外，還有其他8個字節(jié)組成，其分配如表35所示。其中溫度信息（第1，2字節(jié)）、TH和TL值第3，4字節(jié)、第6~8字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯1；第9字節(jié)讀出的是前面所有8個字節(jié)的CRC碼，可用來保證通信正確。表35 高速暫存存儲器溫度低位溫度高位THTL配置保留保留保留8位CRC當DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。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1，2字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，℃/LSB形式表示。溫度值格式如圖34所示。圖34 溫度值格式對應(yīng)的溫度計算：當符號位S=0時，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當S=1時，先將補碼變換為原碼，再計算十進制值。表36是對應(yīng)的一部分溫度值。表36 部分溫度值溫度/℃二進制表示十六進制表示+12500000111 1101000007D0H+00000001 100100010191H+00000000 000010000008H000000000 000000000000H11111111 11111000FFF8H11111110 01101111FE6FH5511111100 10010000FC90HDS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與TH，TL作比較，若TTH或TTL,則將該器件內(nèi)的告警標志置位，并對主機發(fā)出的告警搜索命令做出響應(yīng)。因此，可用多只DS18B20同時測量溫度并進行告警搜索。在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余校驗碼（CRC）。主機根據(jù)ROM的前56位來計算CRC值，并且和存入DS18B20中的CRC值做比較，以判斷主機收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。如圖35圖所示。圖35 DS18B20的內(nèi)部測溫電路框圖 DS18B20工作時序DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ROM操作指令→存儲器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序，如圖3圖3圖38所示。圖36 DS18B20初始化時序圖37 DS18B20寫時序圖38 DS18B20讀時序 DS18B20與AT89C51的接口設(shè)計本系統(tǒng)采用的是對DS18B20外部供電，這種方法的優(yōu)點是在I/O線上不要求強的上拉?？偩€上主機不需向上連接便在溫度變換期間使線保持高電平。這就允許在變換時間內(nèi)其它數(shù)據(jù)在單線上傳送。此外，在單線總線上可以放置任何數(shù)目的DS18B20，而且如果它們都使用外部電源，那么通過發(fā)出（Skip）ROM命令和接著發(fā)出變換（Convert）T命令，可以同時完成溫度變換。注意只要外部電源處于工作狀態(tài)，GND引腳不可懸空。在總線上主機不知道總線上DS18B20是寄生電源供電還是外部電源供電的情況下，在DS18B20內(nèi)采取了措施來通知采用的供電方案?？偩€上主機通過發(fā)出跳過（Skip）ROM的操作約定，然后發(fā)出讀電源命令，可以決定是否有需要強上拉的DS18B20在總線。在此命令發(fā)出后主機接著發(fā)出讀時間片命令。如果是寄生供電，DS18B20將在單線總線上送回“0”；如果由外部電源供電它將送回“1”。如果主機接收到一個“0”，它知道它必須在溫度變換期間在I/O線上供一個強的上拉。如圖39所示。圖39 DS18B20與單片機連接 濕度信號采集單元 濕度傳感器測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進行濕度測量的?；讵毺毓に囋O(shè)計的電容元件，這些相對濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)?？梢詰?yīng)用于辦公自動化，車廂內(nèi)空氣質(zhì)量控制，家電，工業(yè)控制系統(tǒng)等。在需要濕度補償?shù)膱龊纤部梢缘玫胶艽蟮膽?yīng)用。 HS1101特點216。 全互換性 在標準環(huán)境下不需校正 216。 長時間飽和下快速脫濕 216。 可以自動化焊接包括波峰焊或水浸 216。 高可靠性與長時間穩(wěn)定性 216。 專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu) 216。 可用于線性電壓或頻率輸出回爐 216。 快速反應(yīng)時間有關(guān)HS1101的最大參數(shù)值、特征參數(shù)以及特征曲線，如表3表3圖310所示。表37 最大參數(shù)值 (Ta=25℃ 除非特別標定)參數(shù)符號參數(shù)值單位工作溫度Ta40～100℃存儲溫度Tstg40～125℃供電電壓Vs10Vac濕度范圍RH0～100%RH焊接時間@T=260℃T10S表38 特征參數(shù) (Ta=25,@10KHz,除非特別標定)特征參數(shù)符號MinTypMax單位濕度測量范圍RH1995供電電壓Vs510V標稱電容@55%RHC177180183pF溫度效應(yīng)TccpF/℃平均靈敏度（33%～75%RH）△C/%RHpF/%RH漏電流Ix1nA恢復(fù)時間@150小時結(jié)露tr10s遲滯+/%長時間穩(wěn)定性%RH/yr反應(yīng)時間ta5S曲線精度（10%～100%）+/2%RH圖310特征曲線不需校準的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時間，專利設(shè)計的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動插件和自動裝配過程等。濕敏電容工作的溫、濕度范圍如圖311a所示,濕度電容響應(yīng)曲線如圖311b所示。 圖311a 濕敏電容工作的溫、濕度范圍 圖311b 濕度電容響應(yīng)曲線。相對濕度在1%100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF變到200pF，其誤差不大于177。2%RH；響應(yīng)時間小于5S； pF/℃?？梢娋仁禽^高的。 HS1101與AT89C51的接口設(shè)計HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。如何將電容的變化量準確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C易于接受的信號，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運方與租蓉組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號經(jīng)整流、直流放大、再A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；另一種是將該濕敏電容置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之成反比的電壓頻率信號，可直接被計算機所采集。設(shè)計的電路如圖312所示。圖312濕度電路圖555芯片外接電阻R8，R9與HS1101，構(gòu)成對HS1101的充電回路。7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對地短路實現(xiàn)對HS1101的放電回路，并將引腳2，6端相連引入到片內(nèi)比較器，構(gòu)成一個多諧波振蕩器，其中，R8相對于R9必須非常的小，但決不能低于一個最小值。R7是防止短路的保護電阻。HS1101作為一個變化的電容器，連接2和6引腳。引腳作為R8的短路引腳。HS1101的等效電容通過R8和R9充電達到上限電壓（VCC，時間記為T1），這時555的引腳3由高電平變?yōu)榈碗娖?，然后通過R9開始放電，由于R8被7引腳內(nèi)部短路接地，所以只放電到觸發(fā)界線（VCC，時間記為T2），這時555芯片的引腳3變?yōu)楦唠娖?。通過不同的兩個電阻R8，R9進行傳感器的不停充放電，產(chǎn)生方波輸出。充電、放電時間分別為:T1=C（R8+R9）ln2T2=CR9ln2輸出波形的頻率和占空比的計算公式如下：f=1/T=1/(T1+T2)=1/C(2R8+R9)ln2=1/180pF129lln2=6208HzD=T1/T=(R8+R9)/(2R8+R9)=(620+51)/(6202+51)=52%由此可以看出，空氣相對濕度與555芯片輸出頻率存在一定線性關(guān)系。表2給出了典型頻率濕度關(guān)系（參考點：25℃，相對濕度：55%，輸出頻率：）?？梢酝ㄟ^微處理器采集555芯片的頻率，然后查表39即可得出相對濕度值。表39頻率輸出典型參數(shù)（REFERENCE POINT AT 6660Hz FOR 55%RH/25℃）RH0102030405060708090100Fr73517224710069766853672866006468633061866033555為典型的CMOS類型。TLC555(RH:百分比相對濕度，F(xiàn):頻率Hz) LCD1602顯示輸出單元 LCD1602簡介在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。 在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點：顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。體積小、重量輕：液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。功耗低：相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 LCD1602 的基本參數(shù)及引腳功能LCD1602分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖313所示：圖313 1602LCD尺寸圖1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：216。 顯示容量:162個字符216。 芯片工作電壓:—216。 工作電流:()216。 模塊最佳工作電壓:216。 字符尺寸:(WH)mm引腳功能說明:LCD1602采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表310所示。表310 引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高