【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 對(duì)于TTL邏輯。，而一個(gè)邏輯高輸入必須至少為2V。利用這些邏輯電平。這些邏輯電平應(yīng)用在初期的，標(biāo)準(zhǔn)的7400系列的TTL邏輯和他的派生系列，包括74LS74F和74ALS TTL。較早的利用NMOS技術(shù)制造的微控制器也使用這些邏輯電平。大多數(shù)的CMOS芯片定義了不同的邏輯電平，并且有更寬的噪聲容限。，而一個(gè)邏輯低輸入可以高達(dá)20%的電源電壓，或者對(duì)于5V的電源輸入可以達(dá)到1V。，而一個(gè)邏輯高輸入必須至少達(dá)到電源電壓的70%。使用這樣的邏輯電平的系列包括4000系列，74HC和74AC。有的CMOS芯片有TTL兼容輸出。這使得他們可以直接和CMOS或者TTL邏輯項(xiàng)鏈。遵循這個(gè)慣例的芯片包括74HCT邏輯系列和大多數(shù)的微控制器。 傳感器數(shù)據(jù)信息采集模塊傳感器數(shù)據(jù)信息采集模塊主要是采集外部信息：溫度傳感器是用來(lái)感測(cè)外界溫度，若超過(guò)溫度限制，則會(huì)出現(xiàn)“有火災(zāi)”報(bào)警信息；光電傳感器是用來(lái)感測(cè)是否有異物進(jìn)入，若出現(xiàn)感應(yīng)，則會(huì)出現(xiàn)“有人闖入”報(bào)警信息。再將這些信息傳輸?shù)紸T89S52單片機(jī)控制模塊，以進(jìn)行后面的報(bào)警操作。 圖33 傳感器采集模塊電路原理圖DS18B20特點(diǎn)(1)單線結(jié)構(gòu)，只需一根信號(hào)線和CPU相連。(2)不需要外部元件，直接輸出串行數(shù)據(jù)。(3) 可不需要外部電源，直接通過(guò)信號(hào)線供電，～5V。(4)測(cè)溫精度高，測(cè)溫范圍為：一55℃～+125℃，在10℃～+85℃范圍內(nèi)，精度為177?！妗?5)測(cè)溫分辨率高，當(dāng)選用12位轉(zhuǎn)換位數(shù)時(shí)，溫度分辨率可達(dá)0．0625℃。(6)數(shù)字量的轉(zhuǎn)換精度及轉(zhuǎn)換時(shí)間可通過(guò)簡(jiǎn)單的編程來(lái)控制：9位精度的轉(zhuǎn)換時(shí)間為93．75 ms：：12位精度的轉(zhuǎn)換時(shí)間750ms。(7)具有非易失性上、下限報(bào)警設(shè)定的功能，用戶可方便地通過(guò)編程修改上、下限的數(shù)值。(8)可通過(guò)報(bào)警搜索命令識(shí)別哪片DS18B20采集的溫度超越上、下限。DS18B20引腳及管腳功能介紹DS18B20的常用封裝有3腳、8腳等幾種形式，如圖1所示。各腳含義如下：DQ：數(shù)字信號(hào)輸入／輸出端。GND：電源地端。VDD：外接供電電源輸入端(在寄生電源接線時(shí)此腳應(yīng)接地)。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)要介紹：DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有64位光刻ROM、溫度傳感器、非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器等組成。（1）64位光刻ROM是生產(chǎn)廠家給每一個(gè)出廠的DS18820命名的產(chǎn)品序列號(hào)，可以看作為該器件的地址序列號(hào)。其作用是使每一個(gè)出廠的DS18820地址序列號(hào)都各不相同，這樣，就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18820的目的。（2）DS18B20中的溫度傳感器完成對(duì)溫度的測(cè)量，輸出格式為：16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼。當(dāng)測(cè)溫精度設(shè)置為12位時(shí)，分辨率為O．0625℃，即O．0625℃／LSB。其中，S為符號(hào)位，S=1，表示溫度 為負(fù)值；S=0，表示溫度為正值。例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，55℃的數(shù)字輸出為FC90H。（3）DS18B20中的低溫觸發(fā)器TL、高溫觸發(fā)器TH，用于設(shè)置低溫、高溫的報(bào)警數(shù)值。DS18B20完成一個(gè)周期的溫度測(cè)量后，將測(cè)得的溫度值和TL、TH相比較，如果小于TL，或大于TH，則表示溫度越限，將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志位置位，并對(duì)主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令做出響應(yīng)。需要修改上、下限溫度值時(shí)，只需使用一個(gè)功能命令即可對(duì)TL、TH寫入，十分方便。（4）DS18B20中的高速暫存器是一個(gè)9字節(jié)的存儲(chǔ)器。 開始兩個(gè)字節(jié)為被測(cè)溫度的數(shù)字量，第5字節(jié)分別為TH、TL、配置寄存器的復(fù)制，每一次上電復(fù)位時(shí)被重寫。配置寄存器有R0、R1組成，其值決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)、轉(zhuǎn)換時(shí)間等。第7字節(jié)為測(cè)溫計(jì)數(shù)的剩余值。第8字節(jié)為測(cè)溫時(shí)每度的計(jì)數(shù)值。第9 字節(jié)讀出的是前8個(gè)字節(jié)的CRC校驗(yàn)碼，通過(guò)此碼，可判斷通訊是否正確。DS18B20的測(cè)溫原理 DS18B20的測(cè)溫原理圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨著溫度變化時(shí)其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將55 ℃所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55 ℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。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)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(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)值即為所測(cè)溫度。圖2中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值，這就是DS18B20的測(cè)溫原理。DS18B20的讀寫操作介紹(1)ROM操作命令：①讀命令(33H)：通過(guò)該命令主機(jī)可以讀出DS18B20的ROM中的8位系列產(chǎn)品代碼、48位產(chǎn)品序列號(hào)和8位CRC校驗(yàn)碼。該命令僅限于單個(gè)DS18B20在線的情況。②選擇定位命令(55H)：當(dāng)多片DS18B20在線時(shí)，主機(jī)發(fā)出該命令和一個(gè)64位數(shù)，DS18B20內(nèi)部ROM與主機(jī)一致者，才響應(yīng)命令。該命令也可用于單個(gè)DS18B20的情況。③查詢命令(0F0H)：該命令可查詢總線上DS18B20的數(shù)目及其64位序列號(hào)。④跳過(guò)ROM序列號(hào)檢測(cè)命令(OCCH)：該命令允許主機(jī)跳過(guò)ROM序列號(hào)檢測(cè)而直接對(duì)寄存器操作，該命令僅限于單個(gè)DS18B20在線的情況。⑤報(bào)警查詢命令(0ECH)：只有報(bào)警標(biāo)志置位后，DS18B20才相應(yīng)該命令。(2)存儲(chǔ)器操作命令： ①寫入命令(4EH)：該命令可寫入寄存器的第4字節(jié)，即高低溫寄存器和配置寄存器。復(fù)位信號(hào)發(fā)出之前，三個(gè)字節(jié)必須寫完。②讀出命令(0BEH)：該命令可讀出寄存器中的內(nèi)容，復(fù)位命令可終止讀出。③開始轉(zhuǎn)換命令(44H)：該命令使DS18B20立即開始溫度轉(zhuǎn)換，當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行時(shí)，主機(jī)這時(shí)讀總線將收到O；當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，主機(jī)這時(shí)讀總線將收到1。若用信號(hào)線給DS18820供電，則主機(jī)發(fā)出轉(zhuǎn)換命令后，必須提供至少相應(yīng)于分辨率的溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間的上拉電平。④回調(diào)命令(088H)：該命令把EEROM中的內(nèi)容寫到寄存器TH、TL 及配置寄存器中。DS18b20上電時(shí)能 自動(dòng)寫入。⑤復(fù)制命令(48H)：該命令把寄存器TH、TL及配置寄存器中的內(nèi)容寫到EEROM中。⑥讀電源標(biāo)志命令(084H)：主機(jī) 發(fā)出該命令后，DS18B20將進(jìn)行響應(yīng)， 發(fā)送電源標(biāo)志，信號(hào)線供電發(fā)O，外接 電源發(fā)1。(3) DS18B20的復(fù)位及讀寫時(shí)序：①?gòu)?fù)位：對(duì)DS18B20操作之前，首先要將它復(fù)位。復(fù)位時(shí)序?yàn)椋?a)主機(jī)將信號(hào)線置為低電平，時(shí)間為480～960μ S。(b)主機(jī)將信號(hào)線置為高電平，時(shí)間為15～60 μS。(c)DS18B20發(fā)出60～240μS 的低電平作為應(yīng)答信號(hào)。主機(jī)收到此信號(hào)后，才能對(duì)DS18B20作其它操作。②寫操作：主機(jī)將信號(hào)線從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號(hào)。從信號(hào)線的下降沿開始，在15～60 μS的時(shí) 間內(nèi)DS18B20對(duì)信號(hào)線檢測(cè)，如信號(hào) 線為高電平，則寫1，如信號(hào)線為O，則 寫0，從而完成了一個(gè)寫周期。在開始 另一個(gè)寫周期前，必須有1 μ S以上的 高電平恢復(fù)期。③讀操作：主機(jī)將信號(hào)線從高電平 拉低至低電平1 μ S以上，再使數(shù)據(jù)線 升為高電平，產(chǎn)生讀起始信號(hào)。從主機(jī) 將信號(hào)線從高電平拉低至低電平起15～60 μS的時(shí)間內(nèi),DS18B20將數(shù)據(jù)放到信號(hào)線上，供主機(jī)讀取。從而完成了一個(gè)讀周期。在開始另一個(gè)讀周期前，必須有1 μ S以上的高電平恢復(fù)期。DS18B20與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì)以MCS51單片機(jī)為例，圖336中采用寄生電源供電方式， P11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管和89S51的P10來(lái)完成對(duì)總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度A/D變換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為10 μs。采用寄生電源供電方式是VDD和GND端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三態(tài)的。主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)3個(gè)步驟：初始化、ROM操作指令、存儲(chǔ)器操作指令。假設(shè)單片機(jī)系統(tǒng)所用的晶振頻率為12 MHz，根據(jù)DS18B20的初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序，分別編寫3個(gè)子程序：INIT為初始化子程序，WRITE為寫（命令或數(shù)據(jù)）子程序，READ為讀數(shù)據(jù)子程序，所有的數(shù)據(jù)讀寫均由最低位開始，實(shí)際在實(shí)驗(yàn)中不用這種方式， kΩ,另外2個(gè)腳分別接電源和地。圖336 DS18B20與處理器連接圖光電傳感器是一種小型電子設(shè)備，它可以檢測(cè)出其接收到的光強(qiáng)的變化。早期的用來(lái)檢測(cè)物體有無(wú)的光電傳感器．光電傳感器是一種小的金屬圓柱形設(shè)備，發(fā)射器帶一個(gè)校準(zhǔn)鏡頭，將光聚焦射向接收器，接收器出電纜將這套裝置接到一個(gè)真空管放大器上。在金屬圓筒內(nèi)有一個(gè)小的白熾燈作為光源。這些小而堅(jiān)固的白熾燈傳感器就是今天光電傳感器＇＞光電傳感器的雛形。 圖332 光電傳感器的介紹 工作原理⑴光電傳感器是通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。⑵發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。⑶接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。此外，光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。⑷三角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的發(fā)射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準(zhǔn)確地從反射板中返回，具有實(shí)用意義。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過(guò)反射后，還是從這根反射線返回。 分類和工作方式⑴槽型光電傳感器 把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對(duì)面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)的是槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光，在無(wú)阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測(cè)物體從槽中通過(guò)時(shí)，光被遮擋，光電開關(guān)便動(dòng)作。輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次控制動(dòng)作。槽形開關(guān)的檢測(cè)距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。⑵對(duì)射型光電傳感器若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測(cè)距離加大。由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開關(guān)就稱為對(duì)射分離式光電開關(guān)，簡(jiǎn)稱對(duì)射式光電開關(guān)。它的檢測(cè)距離可達(dá)幾米乃至幾十米。使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測(cè)物通過(guò)路徑的兩側(cè)，檢測(cè)物通過(guò)時(shí)阻擋光路，收光器就輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。⑶反光板型光電開關(guān)把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi)，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開關(guān)。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來(lái)被收光器收到；一旦光路被檢測(cè)物擋住，收光器檢測(cè)不到光時(shí)，光電開關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。⑷擴(kuò)散反射型光電開關(guān)它的檢測(cè)頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器，但前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。當(dāng)檢測(cè)物通過(guò)時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來(lái)，收光器就收到光信號(hào)，輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào)。 電氣連接圖 圖333 光電傳感器電氣連接圖 液晶顯示模塊 方案1——采用LED液晶顯示屏 采用LED液晶顯示屏,液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大,可顯示大量文字,圖形,顯示多樣,清晰可見,但是價(jià)格昂貴,需要的接口線多,所以在此設(shè)計(jì)中不采用LED液晶顯示屏. 方案2——采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi),且價(jià)格也相對(duì)較高,所以也不用此種顯示. 方案3——采用1602液晶顯示器LCD1602液晶模塊主要實(shí)現(xiàn)時(shí)間顯示，最大程度上的方便大家，使得該系統(tǒng)更加人性化。采用1602液晶顯示器，微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，且在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。故采用1062液晶顯示器。它與單片機(jī)的電路連接圖如下： 圖343 單片機(jī)與液晶電路連接圖根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個(gè)字、2行16個(gè)字、2行20個(gè)字等字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”。主要功能：A、40通道點(diǎn)陣LCD 驅(qū)動(dòng)。 B、可選擇當(dāng)作行驅(qū)動(dòng)或列驅(qū)動(dòng)。 C、輸入/輸出信號(hào):輸出,能產(chǎn)生202個(gè)LCD驅(qū)動(dòng)波形。輸入,接受控制器送出的串行數(shù)據(jù)和控制信號(hào),偏壓(V1∽V6)。 D、通過(guò)單片機(jī)控制將所測(cè)的頻率信號(hào)讀數(shù)顯示出來(lái)。初始化方法用戶所編的顯示程序,開始必須進(jìn)行初始化,否則模塊無(wú)法正常顯示,下面介紹兩種初始化方法。（1）利用內(nèi)部復(fù)位電路進(jìn)行初始化：下面指令是在初始化過(guò)程中執(zhí)行的。 清屏(DISPLAY CLEAR)。功能設(shè)置(FUNCTION SET)。DL = 1: 8Bit 接口數(shù)據(jù)。N = 0: 1行顯示。 F = 0:57dot字形。顯示開/關(guān)控制(DISPLAY ON/OFF CONTROL) D = 0: 顯示關(guān)。 C = 0: