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正文內(nèi)容

基于單片機的數(shù)字溫度計設(shè)計課程論文(編輯修改稿)

2024-08-14 19:01 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 000000B SBUF 不定 IE 0X000000B PCON 0X000000B TMOD 00H ( 2)復(fù)位信號及其產(chǎn)生 RST 引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位信號是高電平有效,其有效時間應(yīng)持續(xù) 24個振蕩周期 (即二個機器周期 )以上。若使用頗率為 6MHz 的晶振,則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過 4us 才能完成復(fù)位操作。產(chǎn)生復(fù) 位信號的電路邏輯如圖 所示: 圖 復(fù)位信號的電路邏輯圖 整個復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號 (RST)送至施密特觸發(fā)器,再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機器周期的 S5P2 時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進行采樣,然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。 復(fù)位操作有上電自動復(fù)位 和 按鍵手動復(fù)位兩種方式。 上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的,其電路如圖 ( a)所示。這佯,只要電源 Vcc 的上升時間不超過 1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位,即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。 按鍵手動復(fù)位有電 平方式和脈沖方式兩種。其中,按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與 Vcc 電源接通而實現(xiàn)的,其電路如圖 ( b) 所示;而按鍵脈沖復(fù)位則是利用 RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實現(xiàn)的,其電路如圖 ( c)所示: 單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計 12 ( a)上電復(fù)位 ( b)按鍵電平復(fù)位 ( c)按鍵脈沖復(fù)位 圖 復(fù)位電路 上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于 6MHz 晶振,能保證復(fù)位信號高電平持續(xù)時間大于 2個機器周期。 DS18B20 芯片簡介 芯片簡介 ( 1) 適應(yīng)電壓范圍更寬,電壓范圍: V~ ,在寄生電源方 式下可由數(shù)據(jù)線供電 。 ( 2) 獨特的單線接口方式, DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 。 ( 3) DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件,全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) 。 ( 4) 測 溫范圍- 55℃ ~+ 125℃ ,在 10℃ ~ +85℃ 時精度為 177?!?。 ( 5) 可編程的分辨率為 9~ 12位,對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃和 ℃ ,可實現(xiàn)高精度測溫 。 ( 6) 在 9 位分辨率時最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字, 12 位分辨率時最多在750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字,速度更快 。 ( 7) 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號,以 “ 一線總線 ” 串行傳送給 CPU,同時可傳送 CRC 校驗碼,具有極強的抗干擾糾錯能力 。 ( 8) 負壓特性:電源極性接反時,芯片不會因發(fā)熱而燒毀,但不能正常工作 [5]。 單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計 13 DS18B20 的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示,主要由 4 部分組成: 64位 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 DS18B20 外形及管腳排列如圖 和表 33 所示。 I/O C VDD 圖 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 DS18B20 的管腳排列 64 位ROM和單線接 口 高速緩存 存儲器 存儲器和控制器 8 位 CRC 生成器 溫度傳感器 低溫觸發(fā)器 TL 高溫觸發(fā)器 TH 配置寄存器 電源檢測 單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計 14 表 33 DS18B20 引腳定義: 序號 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下,也可以向器件提供電源。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。當(dāng)工作于寄生電源時,此 引腳必須接地。 ( 1) 64 位 ROM ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的,它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼,每個 DS18B20 的 64 位序列號均不相同。 64 位 ROM 的循環(huán)冗余校驗碼( CRC=X8+ X5 + X4 + 1 )。 ROM 的 作 用 是 使 每 一 個 DS18B20 都 各 不 相 同 , DS18B20 中的溫度傳感器完成對溫度的測量,用 16 位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供,以 ℃ /LSB 形式表達,其中 S 為符號位。 DS18B20 溫度值格式表 44如下所示。 ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的,他可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼,每個 DS18B20 的 64 位序列號均不相同。 64 位 ROM 的循環(huán)冗余校驗碼( CRC=X8+ X5+ X4+ 1)。 ROM 的作用是使每一個 DS18B20 都各不相同,這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的。 DS18B20 中溫度傳感器完成對溫度的側(cè) 量,用 16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供, 以 ℃ /LSB 形式表達,其中 S為符號位。 DS18B20 溫度值格式表 34 如下所示。 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù),存儲在 DS18B20 的兩個 8比特的 RAM 中,二進制中的前面 5位是符號位,如果測得的溫度大于 0,這 5 位為 0,只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實際溫度;如果溫度小于 0,這 5位為 1,測到的數(shù)值需要取反加 1再乘于 即可得到實際溫度。 例如+ ℃的數(shù)字輸出為 0191H,-℃的數(shù)字輸出為 FF6FH。 表 34 DS18B20 溫度值格式表 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 LS Byte 23 22 21 20 21? 22? 23? 24? bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 MS Byte S S S S S 26 25 24 ( 2) 高低溫報警觸發(fā)器 TH和 TL 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 EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、 TL 和結(jié)構(gòu)寄存器。 ( 3)配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下 表 35所示。 單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計 15 表 35 配置寄存器結(jié)構(gòu) TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是 “ 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 用來設(shè)置分辨率,如下表 36 所示( DS18B20 出廠時被設(shè)置為 12 位) 。 表 36 溫度分辨率設(shè)置表 R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時間 0 0 9 位 0 1 10 位 1 0 11 位 375ms 1 1 12 位 750ms ( 4)高速暫存器 高速暫存器是一個 9 字節(jié)的存儲器。開始兩個字節(jié)包含被測溫度的數(shù)字量信息;第 5字節(jié)分別是 TH、 TL、配置寄存器的臨時拷貝,每一次上電復(fù)位時被刷新;第 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。高速暫存器 RAM 結(jié)構(gòu)圖如下表 37所示 。 表 37 DS18B20 暫存寄存器分布 寄存器內(nèi)容 字節(jié)地址 溫 度值低位 ( LS Byte) 0 溫度值高位 ( MS Byte) 1 高溫限值( TH) 2 低溫限值( TL) 3 配置寄存器 4 保留 5 保留 6 保留 7 CRC 校驗值 8 DS18B20 的工作時序 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 ( a)( b)( c)所示。 單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計 16 DS18B20 等待 DS18B20Tx 產(chǎn)生 15us— 16us 脈沖 60240 主機復(fù)位脈沖 VCC 480usTX960us 主機 Rx min480us 1Wire Bus GND 圖 ( a)初始化時序 主機寫“ 0”時隙 主機寫“ 1”時隙 VCC 60usTX120us 1ustxcc∞ 1Wire Bus GND DS18B20 采樣 1us DS18B20 采樣 15us MIN TYP MAX MIN TYP MAX 15us 30us 15us 15us 30us 圖 ( b)寫時序 VCC 主機讀“ 0”時隙 主機讀“ 1”時隙 1Wire Bus GND 主機采樣 1us 15us 15us 30us 主機采樣 15us 圖 ( c)讀時序 主機控制 DS18B20 完成任何操作之前必須先初始化,即主機發(fā)一復(fù)位脈沖 (最短為 480us 的低電平 ),接著主機釋放總線進入接收狀態(tài), DS18B20 在檢測到 I/O 引腳上的上升沿之后,等待 1560us 然后發(fā)出存在脈沖 (60240us 的低電平 )。 寫時間片:將數(shù)據(jù)從高電平拉至低電平,產(chǎn)生寫起始信號。在 15us 之內(nèi)將所需寫的位送到數(shù)據(jù)線上,在 15us 到 60us 之間對數(shù)據(jù)線進行采樣,如果采樣為高電平,就寫 1,如果為低電平,寫 0 就發(fā)生。在開始另一個寫周期前必須有 1us 以上的高電平恢復(fù)期。 讀時間片 :主機將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平 1us 以上,再使數(shù)據(jù)線升為高電平,從而產(chǎn)生讀起始信號。主機在讀時間片下降沿之后 15us 內(nèi)完成讀位。每個讀周期最短的持續(xù)期為 60us,各個讀周期之間也必須有 1us 以上的高電平恢復(fù)期。 單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計 17 DS18B20 與單片機的典型接口設(shè)計 圖 以 MCS- 51 系列單片機為例,畫出了 DS18B20 與微處理器的典型連接。圖 ( a)中 DS18B20 采用寄生電源方式,其 VDD 和 GND 端均 接地,圖 ( b)中 DS18B20 采用外接電源方式,其 VDD 端用 3V~ 電源供電 [6]。 (a) 寄生電源工作方式 (b) 外接電源工作方式 圖 電源工作方式圖 DS18B20 的各個 ROM命令 ( 1) Read ROM [33H] 這個命令允許總線控制器讀到 DS18B20 的 8 位系列編碼,惟一的序列號的 8 位CRC 碼。只有在總線上存在單只 DS18B20 的時候才能用這個命令。如果總線上有不止一個從機,當(dāng)所有從機試圖同時傳送信號時就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突(漏極 開路連在一起形成“與”的效果)。 ( 2) Match ROM [55H] 這是個匹配 ROM 命令,后跟 64 位 ROM 序列,讓總線控制器在多點總線上定位一只特定的 DS18B20。只有和 64 位 ROM 序列完全匹配的 DS18B20 才能響應(yīng)隨后的存儲器操作。所有和 64位 ROM 序列不匹配的從機都將等待復(fù)位脈沖。這條命令在總線上有單個或多個器件時都可以使用。 ( 3) Skip ROM [0CCH] 這個命令允許總線控制器不用提供 64 位 ROM 編碼就使用存儲器操作命令,在單點總線情況下,可以節(jié)省時間。如果總線上不止一個從機,在命令之后緊 跟著發(fā)一條讀命令,由于多個從機同時傳信號??偩€上發(fā)生數(shù)據(jù)沖突(漏極開路連在一起形成“與”的效果)。
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