【導(dǎo)讀】1）溫度是科學(xué)技術(shù)中最基本的物理量之一，物理、化學(xué)、生物等學(xué)科都離不開溫度。工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中，溫度常常是表征對(duì)象和過程狀態(tài)的最重要的參數(shù)之一。人們?cè)跀?shù)字化時(shí)代的要求。因此提出一種新型的數(shù)字式溫度測量電路的設(shè)計(jì)方案,該方案。指導(dǎo)教師審閱，由指導(dǎo)教師寫出審閱意見。的原始資料或參考文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和主要方法、成果結(jié)論和評(píng)價(jià)。無錯(cuò)別字，不允許抄襲?；?，尺寸標(biāo)注規(guī)范，文字注釋必須使用工程字書寫。路圖、程序框圖、示意圖等不準(zhǔn)用徒手畫，必須按國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)或工程要求繪制。當(dāng)今社會(huì)逐漸步入信息化時(shí)代，快節(jié)奏、高效率成為當(dāng)今時(shí)代的主題。車站和廣場等使用，為人們提供實(shí)時(shí)信息。的融會(huì)貫通，并進(jìn)一步提高自身在電子技術(shù)方面的理論研究及實(shí)踐能力。進(jìn)行快速切換顯示.具有使用方便，精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn).構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場溫度測量，有廣泛的應(yīng)用前景.

　　

【正文】 工作 以上特點(diǎn)使 DS1620 非常適用與多點(diǎn)、遠(yuǎn)距離溫度檢測系統(tǒng) . DS1620 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和測溫原理 DS1620 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL、配置寄存器 .DQ 為數(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； GND 為地信號(hào)； VDD 為可選擇的 VDD 引腳 .當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地 .DS1620 采用 3 腳 PR35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示 圖 32 DS1620內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 閃速 ROM 開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有 48 位，最后 8位是前面 56 位的 CRC 檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè) DS1620 可以采用一線進(jìn)行通信的原因 .溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL，可通過軟件寫入戶報(bào)警上下限 .主機(jī)操作 ROM的命令有五種 如表所列 25 表 31 ROM的命令 DS1620 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存 RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的 2個(gè)字節(jié)包含測得的溫度信息，第 3和第 4字節(jié) TH和 TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新 .第 5個(gè)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(zhuǎn)換分辨率 .DS1620工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值 . 溫度低位 溫度高位 TH TL 配置 保留 保留 保留 8位 CRC LSB MSB DS1620測溫原理 當(dāng) DS1620接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 .轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存 儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第 1， 2字節(jié) .單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 5 ℃ /LSB形式表示 .溫度值格式 23 22 21 20 21 22 23 24 LSB MSB S S S S S 26 25 24 LSB MSB 這是 12位轉(zhuǎn)化后得到的 12位 數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 DS1620的兩個(gè) 8比特的 RAM中，二進(jìn)制中的前面 5位是符號(hào)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 到實(shí)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 指 令 說 明 讀 ROM（ 33H） 讀 DS1620的序列號(hào) 匹配 ROM（ 55H） 繼讀完 64位序列號(hào)的一個(gè)命令，用于多個(gè) DS1820時(shí)定位 跳過 ROM（ CCH） 此命令執(zhí)行后的存儲(chǔ)器操作將針對(duì)在線的所有DS1820 搜 ROM（ F0H） 識(shí)別總線上各器件的編碼，為操作各器件作好準(zhǔn)備 報(bào)警搜索（ ECH） 僅溫度越限的器件對(duì)此命令做出響應(yīng) 26 實(shí)際溫度 .圖中， S表示位 .對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位 S=0時(shí)，表示測得的溫度植為正值，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1時(shí)，表示測得的溫度植為負(fù)值，先將補(bǔ)碼變換為原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值 .例如 +125℃的數(shù)字輸出為 07D0H， +℃的數(shù)字輸出為 0191H，℃的數(shù)字輸出為 FF6FH， 55℃的數(shù)字輸出為 FC90H. 另外，由于 DS1620 單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí) 序很重要 .系統(tǒng)對(duì) DS1620 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行 .操作協(xié)議為：初始化 DS1620 （發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā) ROM功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù) . 在正常測溫情況下， DS1820 的測溫分辨力為 ℃，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測量結(jié)果：首先用 DS1820 提供的讀暫存器指令（ BEH）讀出以 ℃為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效 位（ LSB），得到所測實(shí)際溫度的整數(shù)部分 Tz，然后再用 BEH 指令取計(jì)數(shù)器 1 的計(jì)數(shù)剩余值 Cs 和每度計(jì)數(shù)值 DS1820 測量溫度的整數(shù)部分以 ℃、 ℃為進(jìn)位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度 Ts 可用下式計(jì)算： Ts=（ ℃） +(CDCs)/CD DS1620 使用中的注意事項(xiàng)和控制方法 DS1620 雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： ● DS1620 從測溫結(jié)束到將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一 定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，這是必須保證的，不然會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤的現(xiàn)象，使溫度輸出總是顯示 85. ●在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)使電源電壓保持在 5V 左右，若電源電壓過低，會(huì)使所測得的溫度精度降低 . ●較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于 DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì) DS1820進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測溫結(jié)果 .在使用 PL/M、 C等高級(jí)語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì) DS1820操作部分最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn) . ●在 DS1620的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 DS1620 數(shù)量 問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè) DS1620，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此，當(dāng)單總線上所掛 DS1620 超過 8 個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意 . ●在 DS1620測溫程序設(shè)計(jì)中，向 DS1620 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待 DS1620的返回信號(hào)，一旦某個(gè) DS1620 接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該 DS1620 時(shí)，將沒有返回信號(hào)， 27 程序進(jìn)入死循環(huán)，這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS1620硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視 . 在硬件上， DS1620與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是 VCC接外部電源， GND接地， I/O與單片機(jī)的 I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí) UDD、 GND接地， I/O接單片機(jī) I/O.無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電， I/O口線要接 5KΩ左右的上拉電阻 .此次設(shè)計(jì)選擇的是前面一種控制 . CPU對(duì) DS1620的訪問流程是：先對(duì) DS1620初始化，再進(jìn)行 ROM操作命令，最后才能對(duì)存儲(chǔ)器操作，數(shù)據(jù)操作 .DS1620每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議 .如主機(jī)控制DS1620完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù) DS1620的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì) DS1620進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM指令，最后發(fā)送 RAM指令，這樣才能對(duì)DS1620進(jìn)行預(yù)定的操做 . 顯示元件的選擇 顯示元件本設(shè)計(jì)選擇六位的八段共陰極數(shù)碼管 . 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè) 發(fā)光二極管 單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“ 8”可分為 1位、 2位、 4位等等數(shù)碼管； 按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰 極數(shù)碼管 .共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極 (COM)的數(shù)碼管 .共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到 +5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮 .當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮 ..共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 (COM)的數(shù)碼管 .共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM接到地線 GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮 .當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮 . 數(shù)碼管要正常顯示，就要用 驅(qū)動(dòng)電路 來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出需要的 數(shù)字 ，因此根據(jù)數(shù)碼管的 驅(qū)動(dòng)方式 的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類 . 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng) .靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè) 單片機(jī) 的I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng) .靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 端口多，如驅(qū)動(dòng) 5 個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 5 8＝ 40 根 I/O 端口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè) 89S51 單片機(jī)可用的 I/O端口才 32 個(gè)呢，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性 . 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所 28 有數(shù)碼管的 8個(gè)顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通 COM端電路的控制，所以只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮 .通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼 管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng) .在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的 余輝 效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且 功耗 更低 . 29 第 4 章 硬件 各 電路設(shè)計(jì) AT89S52 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 在該設(shè)計(jì)中采用了 AT89S52 單片機(jī)作為核心處理器，因此在電路中首先需要設(shè)計(jì)的是AT89S52 的最小系統(tǒng)。 AT89S52 單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路包含以下幾個(gè)部分： 單片機(jī)供電電路： AT89S51 需要具有可靠的 5V 供電，在電路圖中的 VCC 和 GND 為供電網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符； 振蕩電路： AT89S52需要一個(gè)穩(wěn)定的振蕩電路才能夠正常工作，在該電路采用了 12Mhz的晶振作為 AT89S52的時(shí)鐘源； 復(fù)位電路：復(fù)位電路是單片機(jī)正常運(yùn)行的一個(gè)必要部分，復(fù)位電路應(yīng)該保證單片機(jī)在上電的瞬間進(jìn)行一次有效的復(fù)位，在單片機(jī)正常工作時(shí)將 RST 引腳置低。此外通過一個(gè)按鍵進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，在單片機(jī)運(yùn)行不正常時(shí)使用。 圖 41最小系統(tǒng)原理圖 按 鍵 輸入電路 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來提供單片機(jī)內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片 30 機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào) . 時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到 :內(nèi)部振蕩和外部振蕩 .本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用內(nèi)部振蕩方式，如圖 42所示 .MCS52 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTALl 和 XTAL2 分別是此放大電器的輸入端和輸出端，由于采用內(nèi)部方式時(shí)，電路簡單，所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)際使用中常采用這種方式 .本設(shè)計(jì)中晶振取 12MHz . 42按 鍵 輸入電路 顯示電路 正如前面所說顯示電路采用的元器件為四位一體的八段共陰極數(shù)碼管 .采用動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)形式，電路圖如下 . 為數(shù)據(jù)輸入端，根據(jù)所要顯示的不同數(shù)據(jù)從數(shù)組里進(jìn)行調(diào)取 .由于 P0 口本身不含有驅(qū)動(dòng)能力，所以需要在 P0 口接上拉電 阻，以保證有足夠的電流來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管進(jìn)行顯示 . 為位選擇端口，分別控制四位數(shù)碼管的顯示與否 . 本設(shè)計(jì)通過選擇位的不同對(duì)四位數(shù)碼管進(jìn)行分別顯示，利用人的眼睛殘留視覺以達(dá)到顯示數(shù)據(jù)的目的 .此電路的優(yōu)點(diǎn)的電路簡單控制方便 .可以實(shí)現(xiàn)四位數(shù)碼管的分別控制，以便于實(shí)現(xiàn)多方面的顯示需求 . 31 圖 43 顯示電路 測溫電路 測溫電路采用的元件即為 .VCC 接外部電源， GND接地， I/O 與單片機(jī)的 口相連 , I/O 口線接 .單片機(jī)的數(shù)據(jù)讀取和輸出都通過 口與 DS1620 的 I/O 口進(jìn)行 .采用單串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，電路設(shè)計(jì)簡單 .但對(duì)軟件有更多的要求 . 圖 44 測溫電路 控制電路 本電路摒棄了復(fù)雜的矩陣鍵盤電路，而僅僅采用了四個(gè)按鍵組成簡單電路來實(shí)現(xiàn)需要 32 的控制 .不僅降低了硬件的成本，也使編程變的簡單 .電路圖如下 .四個(gè)按鍵分別連接單片機(jī)的 ， ， 和 端 .P32 和 P33 為外部中斷端口，通過他們來進(jìn)行相應(yīng)的控制操作 .而 P31 和 P30 端口則分別實(shí)現(xiàn)了數(shù) 據(jù)的減和增的操作 .操作起來簡單易懂，硬件開發(fā)的消耗也大為減少 . 圖 45 控制電路 報(bào)警電路 本設(shè)計(jì)采用軟件處理報(bào)警，利用有源蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警輸出，采用直流供電 .當(dāng)所測溫度超過或者低于所預(yù)設(shè)的溫度時(shí)，數(shù)據(jù)口相應(yīng)拉高電平，報(bào)警輸出 .（也可采用發(fā)光二級(jí)管報(bào)警電路，如過需要報(bào)警，則只需將相應(yīng)位置 1，當(dāng)參數(shù)判斷完畢后，再看報(bào)警模型單元 ALARM