【正文】 這些命令允許主機寫入或讀出DS18B20暫存器、啟動溫度轉(zhuǎn)換以及判斷。主機在發(fā)出功能命令之前，必須送出合適的ROM命令。這些命令還允許主機能夠檢測到總線上有多少個從機設備以及其設備類型，或者有沒有設備處于報警狀態(tài)。在主機檢測到應答脈沖后，就可以發(fā)出ROM命令。基于單總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，初始化過程由主機發(fā)出的復位脈沖和從機響應的應答脈沖組成。每次訪問單總線器件，必須嚴格遵守這個命令序列，如果出現(xiàn)序列混亂，則單總線器件不會響應主機。另外在寄生方式供電時，為了保證單總線器件在某些工作狀態(tài)下(如溫度轉(zhuǎn)換期間、EEPROM寫入等)具有足夠的電源電流，必須在總線上提供強上拉(如圖45所示的MOSFET)。位傳輸之間的恢復時間沒有限制，只要總線在恢復期間處于空閑狀態(tài)(高電平)。 單總線要求外接一個約5 k的上拉電阻，這樣，單總線的閑置狀態(tài)為高電平。單總線端口為漏極開路。單總線只有一根數(shù)據(jù)線。1wire單總線適用于單個主機系統(tǒng)，能夠控制一個或多個從機設備。與目前多數(shù)標準串行數(shù)據(jù)通信方式，如SPI/I2（平方）C/MICROWIRE不同，它采用單根信號線既傳輸時鐘又傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。其結(jié)構(gòu)如圖44所示。其典型封裝有3腳TO92，8腳SOIC和6腳TSOC等形式。 DS18B20功能簡介DS18B20是美國DALLAS公司推出的單線數(shù)字化測溫IC芯片。同時由于74LS373的片選端CE（非）。數(shù)據(jù)讀取完成后，單片機將R/C（非）和CS（非）端置低40 ns~12μs以啟動下一次轉(zhuǎn)換，此時BUSY輸出為低電平。圖中，（非）狀態(tài)，BUSY（非）為1時，表示ADS782完成了一次轉(zhuǎn)換。圖42為ADS7824在并行方式下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的時序圖[56]。Vs1，Vs2(27，28)：+5 V電源輸入端。PWRD(26)：電源關閉模式端，高電平有效。轉(zhuǎn)換開始時，BUSY為低電平；轉(zhuǎn)換完成后，該端輸出為高電平。CS(23)（非）：片選端。在讀取期間，若BYTE為0，則高8位有效；若為1，則低4位有效。PAR/SER(20)：并行/串行輸出選擇端。D0(17)：當PAR/SER為高時，該端輸出為8位并行數(shù)據(jù)bit0，PAR/SER為低時，該端為串行輸出標記端。D2(15)：當PAR/SER端為高時，該端輸出8位并行數(shù)據(jù)bit2，PAR/SER為低時，為串行時鐘信號輸出。D3(13)：當PAR/SER端為高時，該端輸出8位并行數(shù)據(jù)bit3，PAR/SER為低時，該端輸出為同步信號SYN，當系統(tǒng)使用多個ADS7824時，使用該引腳可實現(xiàn)各個芯片數(shù)據(jù)輸出的同步。D4(12)：當PAR/SER端為高時，該端輸出8位并行數(shù)據(jù)bit 4，PAR/SER端為低時，該腳為串行時鐘選擇端。D7～D5(9，10，11)：當PAR/SER端為高時，為8位并行數(shù)據(jù)高三位輸出，為低時呈高阻態(tài)。10 V。ADS2874有28個引腳，其各引腳定義如下：AGND1(1)，AGND2(8)：模擬地。然后，所有電容的自由端接地以驅(qū)動公共端至一個負壓VIN。采樣后，公共端與地斷開，自由端與輸入信號斷開。 圖41所示為ADS7824的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖它采用的是具有固有采樣/保持功能的電容式DAC(CDAC)轉(zhuǎn)換方式，CDAC是根據(jù)電荷再分配的原理產(chǎn)生模擬輸出電壓的。采用單+5 V電源供電。差分電壓輸入范圍為177。孔徑延遲(aperture delay)時間為40 ns。具有連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、轉(zhuǎn)換無失碼。積分非線性(INL)最大為177。采樣頻率為40k Hz，最大采樣與轉(zhuǎn)換時間為25μs。與其它ADC相比，ADS7824具有非常低的功耗和豐富的片上資源，且內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，集成度高，工作性能好，可在40~80℃范圍內(nèi)正常工作，非常適用于儀器儀表及便攜式探測器使用。該芯片是一種開關電容式逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，其內(nèi)部自帶采樣保持器(SHA)、時鐘源、+ V參考電壓及與微處理器的并行/串行接口。綜合考慮，本課題選用了美國BB公司生產(chǎn)的ADS7824模數(shù)轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率應大于400 Hz。而A/D的轉(zhuǎn)換精度是指在一個轉(zhuǎn)換器中，任何數(shù)碼所對應的實際模擬電壓與其理想電壓之差的最大值。這樣，就能選擇性能合適、性價比較高的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。第4章數(shù)據(jù)的采集和顯示 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇A/D轉(zhuǎn)換器的種類繁多，特性各異。 本章詳細闡述了系統(tǒng)信號的調(diào)制方式及其實現(xiàn)。整形電路采用四個鍺二極管組成的橋式整流電路，經(jīng)過整形后的信號就成為單向的脈動信號。此信號經(jīng)過放大和濾波，變成了近似于正弦波的交流信號。兩級電路的放大倍數(shù)約為1 000倍左右。在放大電路中，對幅值為2 mV，頻率為50 Hz的方波信號進行仿真。 課題中采用的放大電路如圖38所示課題中采用兩級耦合放大電路，級間采用阻容耦合方式，以消除直流信號的影響。對該電路進行Pspice仿真，其仿真結(jié)果如37圖所示。則濾波電路和放大電路的連接如圖36所示由下列公式可計算出濾波器的中心頻率和帶寬式中B為濾波器的帶寬，f0為濾波器的中心頻率，G39。22V開環(huán)增益104dB共模抑制比110dB電源電壓抑制比104dB靜態(tài)功耗4mW輸入電阻失調(diào)電壓溫度系數(shù)開環(huán)帶寬噪聲電壓最大差模輸入電壓177。OP07的具體參數(shù)如表32所示 表 32 OP07的功能參數(shù) Table 32 Function parameter of OP07參數(shù)參數(shù)值參數(shù)參數(shù)值參數(shù)參數(shù)值輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電流轉(zhuǎn)換速率輸入偏置電流2nA最大輸出電壓177。其共模輸入阻抗可達200 M，輸出阻抗僅為60。因此可以計算出來紅外測溫儀的工作頻率為20 Hz。每20個時鐘脈沖就會使步進電機旋轉(zhuǎn)一周。此外，由于集成運算放大電路的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗均很高，輸出阻抗又低，構(gòu)成有源濾波器后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。另外，由于信號中不可避免的包含有各種噪聲，所以必須要對探測器檢測到的信號進行濾波，以使有用頻率信號通過而同時抑制（或大為衰減）無用頻率信號。對這種能量過于微弱的電信號，既無法直接顯示，一般也很難做進一步的分析處理。 圖 35 步進電機驅(qū)動電路 Fig. 35 Driving circuit of electromator熱釋電探測器接收到經(jīng)過斬波器調(diào)的紅外輻射能量后，轉(zhuǎn)變?yōu)榻蛔兊拿}沖電信號。=(33)中，可得R1= R2≈750k。充電時間（輸出高電平）為 （31）放電時間（輸出低電平）為 （32）振蕩信號的周期為 (33)占空比為 (34)本課題需要一個100 Hz，占空比為50%的方波信號。在這種工作方式中，電容的充電值和放電值分別在(1/3) Vcc和(2/3) Vcc之間。工作時，外接電容C2通過電阻R1+R2充電，通過R2放電。NE555工作于多諧振蕩狀態(tài)的外部接線圖如圖34所示。中間的113腳為接地端。二、在RB上加上一定電壓信號作為本集成電路的狀態(tài)設置(Set信號)。四端內(nèi)部均接有二極管，它們共同接至引腳2，一般從2腳到15腳之間串入穩(wěn)壓二級管，使繞組產(chǎn)生的過高正向尖脈沖得到鉗位，以保護驅(qū)動級中的晶體管。輸入低電平時為整步方式，輸入高電平時為半步方式。10腳是Cw/Ccw控制步進電動機轉(zhuǎn)向的輸入端，輸入邏輯電平0或1，分別對應于步進電動機順時針(Cw)或逆時針(Ccw)方向。SAA1042的各引腳功能如下：三個輸入端接收微處理器來的控制指令，內(nèi)部均設有滯環(huán)緩沖電路，以消除噪聲影響。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖33所示?？梢圆捎脙上嚯p四拍的驅(qū)動方式，按AB—BA—BA—BA—AB的次序，依次給四個線圈通電，步進電機就能順時針旋轉(zhuǎn)。課題選用豐源微特電機有限公司生產(chǎn)的20BY20L01型兩相永磁步進電機，其主要性能指標如表31所示。步進電機具有轉(zhuǎn)動慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。每輸入一個脈沖，電機轉(zhuǎn)軸就步進一個步距角增量。為了可靠地控制斬波器的轉(zhuǎn)動，課題中采用步進電機帶動斬波器轉(zhuǎn)動，而步進電機則由SAA1042芯片進行驅(qū)動。因此，斬波器不斷地旋轉(zhuǎn)，探測器就會輸出一系列的脈沖信號。課題中所使用的斬波器形狀如圖31所示。對于交流信號，可以用交流放大器進行放大和處理。為了探測目標，需要對目標輻射能進行調(diào)制，即把紅外系統(tǒng)接收到的恒定輻射能轉(zhuǎn)換成隨時間變化的斷續(xù)的輻射能，以便熱釋電紅外探測器的接收和后續(xù)電路的處理。第3章電路系統(tǒng)設計調(diào)制實質(zhì)上是對所需處理的信號或被傳輸?shù)男畔⒆瞿撤N形式上的變換，使之便于處理或傳輸。工作電壓~15V工作電流~24A本章詳細介紹了紅外測溫儀光學系統(tǒng)的參數(shù)設計和選擇。PM611雖然是單靈敏元探測器，但由于它采用一個接收元和二個并聯(lián)的補償元串連的結(jié)構(gòu)，故它能有效的補償環(huán)境溫度的起伏，震動等干擾的影響[51]。熱釋電晶體自發(fā)極化強度隨溫度變化，使電極表面感應電荷發(fā)生變化，其電路連接和等效電路如圖215所示[49]：電流源的電流強度為式中為熱釋電系數(shù)；為光敏面的面積[50]。如果小于自由電荷中和面束縛電荷所需要的時間，那么在垂直于的晶體的兩個端面之間就會產(chǎn)生開路電壓。所以利用熱釋電探測器探測的紅外輻射必須要經(jīng)過調(diào)制。若沒有經(jīng)過調(diào)制的紅外輻射照射熱釋電晶體，使溫度升高到一個新的平衡值，那么電極表面的感應電荷也變化到新的平衡值，不再“釋放”電荷，也就不再輸出信號。如果在熱釋電晶體沿極化軸的端面裝上電極，那么自發(fā)極化在電極上感應的電荷量為 (235)式中A為光敏面面積。但是自由電荷中和面束縛電荷的時間很長，而晶體自發(fā)極化的馳豫時間很短，約10－12s。但這些面束縛電荷常常被晶體內(nèi)部或外部的電荷所中和，因而顯示不出來。其自發(fā)極化強度Ps是溫度的函數(shù)。在管殼的頂部設有濾光鏡。傳感器的敏感元為PZT，在上下兩面做上電極，并在表面加一層黑色氧化膜以提高其轉(zhuǎn)換效率。常用的熱釋電探測器有：硫酸三甘肽(TGS)探測器[40,41]、鈮酸鍶鋇(SBN)探測器[42]、鉭酸鋰(LiTaO3)探測器[43,44]、鋯鈦酸鉛(PZT)探測器等[45,46]。、熱釋電探測器是熱探測器的一種，它是利用熱釋電效應工作的一種探測器。二、熱探測器對各種波長的紅外吸收均有響應，是無選擇性探測器；而光子探測器只對短于或等于截止波長的紅外輻射才有響應，是有選擇性的探測器。此外，熱探測器的響應速度決定于熱探測器的熱容量和散熱速度。熱探測器是一種對一切波長的輻射都具有相同響應的無選擇性探測器。高萊(Golay)管就是常用的一種氣體探測器。壓強增加的大小與吸收的紅外輻射功率成正比，由此，可測量被吸收的紅外輻射功率。因此熱電堆比單個熱電偶的應用更廣泛。將若干個熱電偶串聯(lián)在一起就成為熱電堆。熱電偶工作時不需要外加偏壓，因而不存在電流噪聲。為熱探測器的吸收系數(shù)，為熱電偶熱端溫度，為輻射能的幅值，為圓頻率。當考慮上述因素后，最終可導出輻射熱電偶吸收輻射所產(chǎn)生的溫升幅值為 (231)式中，其中為熱電偶無輻射時的熱導。圖213是輻射熱電偶工作電路示意圖，圖中，為輻射熱電偶吸收輻射產(chǎn)生的溫差電動勢，為熱電偶的內(nèi)阻，為負載電阻。溫差電動勢的大小與兩個接點的溫差△T呈正比。如圖212所示，兩種不同材料或材料相同而逸出功不同的物體，當它們構(gòu)成閉環(huán)回路時，如果兩個接點的溫度不同，環(huán)路中就產(chǎn)生溫差電動勢，這就是溫差電效應。(2)熱電偶 熱電偶是最古老的熱探測器之一，至今仍得到廣泛的應用。前一類的電阻溫度系數(shù)很高；后一類材料的電阻溫度系數(shù)比較低，性能比較穩(wěn)定，可用于較大的溫度范圍。正溫度系數(shù)熱敏電阻所用的材料分為兩種類型。