【正文】 令則控制器（單片機(jī)）必須等待 18B20 執(zhí)行其指令，一般轉(zhuǎn)換時(shí)間為 500uS。存儲(chǔ)器操作指令的功能是命令 18B20 作什么樣的工作，是芯片控制的關(guān)鍵。 控制器發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令：在 ROM 指令發(fā)送給 18B20 之后，緊接著（不間斷）就是發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令了。誠然，單總線上可以同時(shí)掛接多個(gè)器件，并通過每個(gè)器件上所獨(dú)有的 ID 號來區(qū)別，一般只掛接單個(gè) 18B20 芯片時(shí)可以跳 過 ROM 指令（注意：此處指的跳過 ROM 指令并非不發(fā)送 ROM 指令，而是用特有的一條 “ 跳過指令 ” ）。 ROM 指令為 8 位長度，功能是對片內(nèi)的 64 位光刻 ROM 進(jìn)行操作。 硬件設(shè)計(jì) 19 如果復(fù)位低電平的時(shí)間不足或是單總線的電路斷路都不會(huì)接到存在脈沖，在設(shè)計(jì)時(shí)要注意意外情況的處理。 存在脈沖：在復(fù)位電平結(jié)束之后，控制器應(yīng)該將數(shù)據(jù)單總線拉高，以便于在 15~60uS 后接收存在脈沖，存在脈沖為一個(gè) 60~240uS 的低電平信號。 DS18B20 時(shí)序圖 圖 411 控制器對 DS18B20操作流程 復(fù)位：首先我們必須對 DS18B20 芯片進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位就是由控制器（單片機(jī)）給 DS18B20 單總線至少 480uS 的低電平信號。第 9個(gè)字節(jié)為前 8個(gè)字節(jié)的 CRC 碼。第 5個(gè)字節(jié)則是用戶第 3 個(gè) EEPROM 的鏡像。第 2 個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 4個(gè)字節(jié)是用戶 EEPROM（常用于溫度報(bào)警值儲(chǔ)存）的鏡像。 DS18B20 共 64 位ROM。 18B20 共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是： ROM 只讀存儲(chǔ)器，用于存放 DS18B20ID 編碼，其前 8 位是單線系列編碼（ DS18B20 的編碼是 19H），后面 48 位是芯片唯一的序列號，最后 8 位是以上 56的位的 CRC 碼（冗余校驗(yàn)）。其一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。 9 、 多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。F) 內(nèi)置 EEPROM，限溫報(bào)警功能。C (–67176。 6 、 檢測溫度范圍為 –55176。 4 、 12 位分辨率時(shí)的最大工作周期為 750 毫秒。 2 、 先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信。 以 20℃為標(biāo)準(zhǔn)溫度，實(shí)際溫度每高一度壓力值補(bǔ)償 ，每低一度壓力值減小。 第 16 腳：背光源負(fù)極。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。當(dāng) RS 和 R/W 共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W 為高電平時(shí)可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。 ② 引腳功能說明 1602LCD 的引腳圖如圖 48所示。下面以長沙太陽人電子有限公司的 1602 字符型液晶顯示 器為例 介紹其用法。 ③ 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(dòng) IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，和 硬件設(shè)計(jì) 14 單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。 選擇 LCD1602 進(jìn)行顯示具有如下優(yōu)點(diǎn)： ① 顯示質(zhì)量高 ： 由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)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(diǎn)。 單片機(jī) STC89C52引腳圖如下。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié) 電模式。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 （ 6）． 當(dāng) EOC 變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給 OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 （ 4）． 在 ST 端給出一個(gè)至少有 100ns 寬的正脈沖信號。 （ 2）． 初始化時(shí)，使 ST 和 OE信號全為低電平。因 ADC0809 的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ， VREF（＋）， VREF（－）為參考電壓輸入。 D7－ D0 為數(shù)字量輸出線。 OE 為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。 表 41 ADC0809通道選擇 C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 硬件設(shè)計(jì) 12 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 數(shù)字量輸出及控制線： 11 條 ST 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號 。 A， B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0－ IN7 上的一路模擬量輸入。 地址輸入和控制線： 4條 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高 電平有效。 A、 B、 C：地址輸入線。 OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。 ALE：地址鎖存允許信號輸入端。 REF（ ）：參考電壓負(fù)端 。 GND：地。 IN0IN7： 8位模擬量輸入引腳。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE端為高電平 時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 由 圖 44可知， ADC0809 由一個(gè) 8 路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。 ADC0809 是帶有 8位 A/D轉(zhuǎn)換器、8 路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的 CMOS 組件。 根據(jù)式（ 4）可知， AD 轉(zhuǎn)換器接收的電壓范圍為 0~5V。 5V。 相敏檢波器 A/D 轉(zhuǎn)換器 單片機(jī) Us Ur Ud Uc1 硬件設(shè)計(jì) 9 可表示為 Ud1= [4 Hi Rf R1ωAΔC 1]/5πR 2. （ 4） 利用單片機(jī)控制 A/ D 和 D/ A 轉(zhuǎn)換單元對 Ud1進(jìn)行轉(zhuǎn)換 ,并通過負(fù)反饋的方式將信號 Uc1 加到乘法器 M的一個(gè)輸入端 ,便可實(shí)現(xiàn)對偏差電容的自動(dòng)補(bǔ)償。所提出的測量電路可以實(shí)現(xiàn)對偏差電容的自動(dòng)補(bǔ)償 ,原理如圖 43 所示。電容測量分辨力理論上主要取決于輸出電壓的測量分辨力。VADC為 AD 轉(zhuǎn)換器的工作電壓范圍 。 根據(jù)式 (2) 有下式 ARRH RVUARRH RC finD ACdfi ?????? 1212 828 ?? 式中 δ C 為最小可測電容變化量 。 由式 (2) 可見 , Ud 與被測電容的變化量Δ C成線性關(guān)系。同理 , Uo2有類似的表達(dá)式。 Us =Asinωt . 2111 R] / / 2 )t A s in (RfR C m )K [ ( C U o 1 ??? ??? 。乘法器的輸出電壓信號為 K1Us,系數(shù) K1 = Uc1/ 10。被測傳感器電容器C1 的一個(gè)極板與電壓源相連 ,另一極板與電流檢測器 A1 的輸入端相連。 圖 42 信號調(diào)理電路圖 電路的結(jié)構(gòu)對稱 ,兩邊都以相同的方式工作 ,只對其中的一邊進(jìn)行分析。將上層定片與動(dòng)片行形成 的電容記為 1C ，下層定片與動(dòng)片形成的電容記為 2C 。 當(dāng)重 疊部分長度 X發(fā)生變化時(shí)，電容的變化量為： C? = 0C C = XCDxdlnx2 ??????????? . 靈敏度為： K= ?????????dln2x DC ?? . 傳感器由兩組定片和一組動(dòng)片組成。 前端 傳感器 模塊 從經(jīng)濟(jì)、測量精度、穩(wěn)定性以及對人體無害等因素，本課題采用陶瓷電容作為傳感器材料，且采用圓柱差動(dòng)變面積式電容位移傳感器，如 圖 41所示。報(bào)警系統(tǒng)用軟件實(shí)現(xiàn)。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 第三章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 傳感器 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本次課題將采用差動(dòng)式電容傳感器作為系統(tǒng) 前端， A/D 轉(zhuǎn)換模塊采用ADC0809 芯片進(jìn)行實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，微處理器采用單片機(jī) 89C52，顯示器采用LCD1602 進(jìn)行顯示， 本次課題總體設(shè)計(jì)方 框圖 如圖 31所示 圖 31 總體方案設(shè)計(jì)圖 系統(tǒng)的特點(diǎn) 本次課題設(shè)計(jì)的智能壓力傳感器 結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)便宜，采用特定的信號調(diào)理電路， 利用單片機(jī)和 A/ D、 D/ A 轉(zhuǎn)換器自動(dòng)調(diào)節(jié)信號 Uc1 和 Uc2,采用負(fù)反饋技術(shù) ,實(shí)現(xiàn)了對偏差電容的自動(dòng)補(bǔ)償 ,并且采用差動(dòng)測量方式以消除寄生電容、熱零點(diǎn)漂移、共模干擾和 其它環(huán)境因素的影響 ,使電路具有很強(qiáng)的抗干擾能力。系統(tǒng)能夠通過電路進(jìn)行信號提取和信號處理，根據(jù)具體情況自主地對整個(gè)傳感器系統(tǒng)進(jìn)行自檢、自校準(zhǔn)和自診斷，并能根據(jù)待測物理量的大學(xué)及變化情況自動(dòng)選擇量程和測量工作方式。傳感器的集成化是指將 多個(gè)功能相同或不同的敏感器件制作在同一個(gè)芯片上構(gòu)成傳感器陣列。它是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，常常作為一種自動(dòng)化控制的前端元件，因此其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，包括石油化工、造紙、水處理、電力、船舶、機(jī)床和公用設(shè)備等行業(yè)。 ⑤ 集中控制 ：由于微處理器控制整個(gè)系統(tǒng)，自身的控制和數(shù)字處理能力都很強(qiáng)大，所以智能壓力傳感器通過軟件程序充分利用微處理器，使系統(tǒng)的多種功能和優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮，從而實(shí)現(xiàn)了集中的控制方式。 ③ 精度高 ： 智能壓力傳感器的自校準(zhǔn)、自選量程、自動(dòng)補(bǔ)償和自動(dòng)修正各類誤差等功能保證了它的高精確度，通過系統(tǒng)軟件達(dá)到這些功能，相比以前依靠硬件解決的方式來說方便和容易實(shí)現(xiàn)很多。 被測 壓力 傳感器 預(yù)處理及接口 微型機(jī) 輸出接口 模擬信號數(shù)字化輸出接口 信息處理及校正軟件 顯示和記錄 D/A 轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路 智能壓力傳感器 4 智能壓力傳感器的特點(diǎn) 與傳統(tǒng)傳感器相比，智能壓力傳感器的特點(diǎn)是： ①高的性能價(jià)格比： 由于智能壓力傳感器的種種優(yōu)點(diǎn)都是通過調(diào)試微處理器和計(jì)算機(jī)之間的配合達(dá)到的，所以在工藝 本身不會(huì)追求過多，可以采用廉價(jià)的集成電路、芯片加上調(diào)試軟件實(shí)現(xiàn)，從而性能價(jià)格比自然會(huì)高與傳統(tǒng)的壓力傳感器。 ⑤ 具有記憶、存儲(chǔ)功能 ： 可進(jìn)行檢測數(shù)據(jù)的隨時(shí)存取，加快了信息的處理速度。 ③ 具有自適應(yīng)、自調(diào)整功能 ： 可 根據(jù)待測物理量的數(shù)值大小及變化情況自動(dòng)選擇檢測量程和測量方式，提高了檢測適用性。 圖 21 智能壓力傳感器的結(jié)構(gòu)框圖 智能壓力傳感器的功能 ① 具有邏輯判斷、統(tǒng)計(jì)處理功能 ： 可對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)和修正，還可進(jìn)行線性、非線性、溫度、噪聲、響應(yīng)時(shí)間、交叉感應(yīng)以及緩慢漂移等的誤差補(bǔ)償，提高了測量準(zhǔn)確度。和經(jīng)典傳感器相比，智能傳感器具有體積小、成本低、功耗小、速度快、精度高以及功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。這些因素就造成了傳 統(tǒng)壓力傳感器可靠性差、精確度低、性能不穩(wěn)定等缺 點(diǎn)，也注定了傳統(tǒng)壓力傳感器必將被更高級的智能化壓力傳感器所取代 。 電容式壓力傳感器 結(jié)構(gòu)簡單 ，價(jià)格便宜，靈敏度高，零磁滯，真空兼容，過載能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響 應(yīng)特性好和對高溫、輻射、強(qiáng)振等惡劣條件的適應(yīng)性強(qiáng) 等 ， 在惡劣的環(huán)境下對測量靜態(tài)或低頻變化的壓力有比較好的優(yōu)勢。這種壓力傳感器準(zhǔn)確度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、靈敏度高、集成化程度高并易于微型化，因此得到廣泛的應(yīng)用，得到迅速發(fā)展，屬于新的物性型傳感器 。 現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的一種壓力傳感器是壓阻式壓力傳感器。 圖 11 壓力傳感器組成框圖 壓力傳感器的類型 壓力傳感器通常的分類標(biāo)準(zhǔn)是按工作原理分類，分為：電容式壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、智能式壓力傳感 器等。 壓力傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成。 關(guān)鍵詞： 傳感器；壓力 ； 智能化 。電路輸出的直流電壓與差動(dòng)電容變化量成線性關(guān)系 ,且能對偏差電容和電路的漂移進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。 本課題將深入研究智能壓力傳感器系統(tǒng)理論及其在壓力測試方面的應(yīng)用，對新型智能壓力傳感器系統(tǒng)的智能化功能、智能化軟件和硬件配置進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)。 它們也是制造 錄音機(jī)和錄像機(jī)