【正文】 第二章 硬件的設(shè)計(jì) 14 DS18B20 的性能特點(diǎn)如下： （ 1） 獨(dú)特的單線接口僅需要一個端口引腳進(jìn)行通信； （ 2） 多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能； （ 3） 無須外部器件； （ 4） 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ～ ； （ 5） 零待機(jī)功耗； （ 6） 溫度以 9或 12位數(shù)字； （ 7） 用戶可定義報(bào)警設(shè)置； （ 8） 報(bào)警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件； （ 9） 負(fù)電壓特性，電源極性接反時，溫度計(jì)不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20 采用 3腳 PR 一 35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝， 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖見 圖 211 所示。 （ 2） 共陰極接法 把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成共陰極，使用時，公 共陰極接地，這樣，陽極輸入端高電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入端低 電平則不點(diǎn)亮 [9]。 (2)LSD 顯示器及接法 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 硬件的設(shè)計(jì) 13 通常所說的 LED 顯示器由 7 個發(fā)光二極管組成，故也稱 7 段數(shù)碼管，此外 顯示器還有一個圓點(diǎn)型發(fā)光二極管，用于顯示小數(shù)點(diǎn)，故有時也稱八段 LED 顯 示管，通過 7 段發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字，字母及其他 符號。這樣單片 機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接門電路，就不用管它了，直到要顯示新的 數(shù)據(jù)時，再發(fā)送新的宇形碼，因此，使用這種方法，單片機(jī)中 CPU 的開銷小。見 圖 29所示 : 顯示電路采用靜態(tài)顯示， 4位共陰 LED 數(shù)碼管。這種復(fù)位電路的工作原理是：通電時，電容兩端相當(dāng)于是短路，于是 RST 引腳上為高電平，然后電源通過電阻對電容充電， RST 端電壓慢慢下降，降到一定程序，即為低電平，單片機(jī)開始正常工作。 XTAL1 —— 反相振蕩放大器輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路輸入 [7]。在訪問整個外部程 序存儲器時 EA 必須外置低 電平 ，如果 EA為高時將執(zhí)行內(nèi)部程序，除非程序計(jì)數(shù)器包含大于片內(nèi) FLASH 的地址。訪問內(nèi)部程序存儲器時， PSEN 無效。當(dāng)執(zhí)行外部程序存儲器代碼時， PSEN 每個機(jī)器周期被激活兩次。在訪問外部存儲器時，輸出脈沖鎖存地址的低字節(jié)，在正常情況下， ALE 輸出信號恒定為 1/6 振蕩頻率并可用作外部時鐘或定時。有擴(kuò)散電阻連接到 VSS，僅需要外接一個電容到 VCC 即可實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。 P3 口還具有以下特殊功能 ： RXD() —— 串行輸入口 TXD() —— 串行輸出口 INT0() —— 外部中斷 0 INT1() —— 外部中斷 T0() —— 定時器 0 外部輸入 T1() —— 定時器 1 外部輸入 WR() —— 外部數(shù)據(jù)存儲器寫信號 RD() —— 外部數(shù)據(jù)存儲器讀信號 RST —— 復(fù)位。 ～ —— P3 口 ， 是 自 帶上拉 電阻 的 8位準(zhǔn) 雙向 I/O 口，每 一 位可以能驅(qū)動４個ＬＳＴＴＬ負(fù)載 。作為輸入接口時，應(yīng)先向口鎖存器寫“ 1”。 ～ —— P2 口 。 ～ —— P1 口 ，它僅用作為 I/O口使用，它也 是 自 帶上拉 電阻 的 8 位準(zhǔn) 雙向I/O 端 口，每 一 位可以能驅(qū)動４個ＬＳＴＴＬ負(fù)載。當(dāng) P0 口是在訪問片外存儲器（擴(kuò)展 RAM 或 ROM）時，它是標(biāo)準(zhǔn)的雙向 I/O 接口。掉電方式保存中的內(nèi)容，但是振蕩器停止工作并禁止其它所有部件直到下一個硬件復(fù) 位！ 各引腳對應(yīng)的功能簡要介紹如下： 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 硬件的設(shè)計(jì) 10 圖 25 AT89C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 GND—— 接地。32 個 I/O 口線，兩個 16 位定時 /計(jì)數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路，同時， AT89C51 可降至 0HZ 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電模式。 [6] 單片機(jī)的選擇 屬于哈佛體結(jié)構(gòu)的 MCS51系列單片機(jī)，其程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器各自獨(dú)立，編址范圍均為 64KB。系統(tǒng)的工作是在程序控制下，完成對傳感器的讀寫和對溫度的顯示。顯示器 模塊由四 個單獨(dú)的共 陰 LED 數(shù)碼管組成。 （ 5） 可編輯數(shù)據(jù)為 9～ 12位，轉(zhuǎn)換 12 位溫度時間為 750ms（最大） （ 6） 用戶可自行設(shè)定報(bào)警上下限溫度 （ 7） 報(bào)警搜索命令可識別和尋址哪個 器件的溫度超出預(yù)定值 （ 8） DS18B20 的分辨率由用戶通過 EEPROM 設(shè)置為 9～ 12 位 （ 9） DS18B20 可將檢測到溫度值直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并通過串行通信的方式與主控沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 硬件的設(shè)計(jì) 8 制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 （ 4） 測溫范圍為 55℃ ～ +125℃，在 10℃ ~85℃范圍內(nèi)誤差為：177。 （ 2） 每只 DS18B20 具有一個獨(dú)有的，不可修改的 64 位序列號，根據(jù)序列號訪問地址器件。溫度傳感器 鍵盤電路 4位數(shù)碼管顯示電路 位數(shù)碼管顯示電路報(bào)警電路 單 片 機(jī) 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 硬件的設(shè)計(jì) 7 圖 23 設(shè)計(jì)原理圖 系統(tǒng)組成 由 AT89C51 構(gòu)成的數(shù)字溫度計(jì)由三部分組成： DS18B20 溫度傳感器、 AT89C5顯示模塊。 系統(tǒng)整體硬件電路 溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖見 圖 23 所示，控制器使用單片機(jī) AT89C51 溫度 傳感器使用 DS18B20，用 4 位共陰 LED 數(shù)碼管以動態(tài)掃描實(shí)現(xiàn)溫度顯示 [2][3]。顯示電路采用 4位數(shù)碼管顯示，使用9013 三極管為中心組成的報(bào)警電路。 本方案采用模擬溫度傳感器 AD590 作為測溫元件，傳感器將測量的溫度變 換轉(zhuǎn)換成電流的變化，再通過電路轉(zhuǎn)換成電壓的變化，使用運(yùn)算放大器 將信號進(jìn) 行適當(dāng)?shù)姆糯?，最后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳給 單片機(jī)，單片機(jī)將溫度值進(jìn)行處理之后用 LCD 顯示，當(dāng)溫度值超過設(shè)置值時，系統(tǒng)開始報(bào)警。 軟硬件結(jié)合，加以完善 。傳感器應(yīng)用極其廣泛，目前已經(jīng)研制出多種新型傳感器。目前溫度計(jì)的發(fā)展很快，從原始的玻璃管溫度計(jì)發(fā)展到了現(xiàn)在的熱電阻溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、數(shù)字溫度計(jì)、電子溫度計(jì)等等?，F(xiàn)代化的檢測手段能達(dá)到的精度、靈敏度及測量范圍等，在很大程度上決定了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。不僅如此，檢測還涉及國計(jì)民生各個部門，可以說在所以科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域無時不在進(jìn)行檢測。低價(jià)位（芯片形態(tài)，芯片價(jià)）的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)！在經(jīng)歷過 探索 完善 MCU 化，到現(xiàn)在的百花齊放的第四階段，單片機(jī)也成為工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍采用的智能化控制工具與檢測工具。隨著科學(xué)技 術(shù)的不斷發(fā)展，各企業(yè)采用了強(qiáng)化生產(chǎn)手段，對溫度檢測技術(shù)提出了更高的要求，希望利用新的測方法，制造出適應(yīng)性更強(qiáng)、精度更高、性能更穩(wěn)定、并具有智能功能的新一代溫度檢測儀表。它以計(jì)算機(jī)為核心，并由上位機(jī)與下位機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)同時檢定各種類型測溫元件。新產(chǎn)品不僅要具有檢測功能，又要具有判斷和指令等多功能，采用微機(jī)技術(shù)向智能化方向發(fā)展④ 向機(jī)電一體化方向發(fā)展！ 溫度檢測系統(tǒng) 溫度自動檢測系統(tǒng) 簡介 溫度自動檢測系統(tǒng)主要用于檢定工作熱電偶、工作用熱電阻、工業(yè)用水銀溫度計(jì)和雙金屬溫度計(jì)。② 加強(qiáng)新原理、新材料、新加工工藝的開發(fā)。 根據(jù)上述要求，國內(nèi)外溫度儀表制造商將向以下幾方面發(fā)展。其最大優(yōu)點(diǎn)是直觀、無讀數(shù)誤差、分辨率高、測量誤差小，因而有廣闊的銷售市場。同時利用新的檢測技術(shù)制造出新的產(chǎn) (4)適應(yīng)特殊環(huán)境下測溫在工業(yè)生產(chǎn)中，對許多場合的溫度檢測器有特殊要求，如防硫、防爆、耐磨等性能要求；又如移動物體和高速旋 轉(zhuǎn)物體的測溫、鋼水的連續(xù)測溫、火焰溫度的檢測等。應(yīng)用范圍將同工業(yè)領(lǐng)域延伸到環(huán)境保護(hù)，家用電器、汽車工業(yè)及航天工業(yè)領(lǐng)域。 國內(nèi)外溫度檢測技術(shù)的動向與趨勢 溫度檢測的動向與趨勢隨著工業(yè)生產(chǎn)效率不斷提高，自動他水平與范圍也不斷擴(kuò)大，因而對溫度檢測技術(shù)的要求也愈來愈高，一般可以歸納以下幾方面： (1)擴(kuò)展檢測范圍 現(xiàn)在工業(yè)上通用的檢測溫度范圍為一 200～ 300℃ ，而今后要求能測量超高溫與超低溫 尤其是液化氣體的 極低溫度檢測 更為迫切，如 10K 以下的溫度檢測是當(dāng)前重點(diǎn)研究課題。這種檢測器精度極高，可以測量出千分之一開爾文，而且輸出的頻率信號適于數(shù)字化運(yùn)算處理，故是一種性能十分良好的溫度檢測器。 (2)核磁共振溫度檢測器所謂核磁共振現(xiàn)象是指具有核自旋的物質(zhì)置于靜磁場中時，當(dāng)與靜磁場垂直方向加以電磁波， 會發(fā)生對某頻率電磁波的吸收現(xiàn)象。而受 熱物體放出的輻射能的多少，與它的溫度有一定的關(guān)系。利用此技術(shù)制成溫度檢測元件主要是熱電偶，熱電偶是發(fā)展較早，比較成熟，至今仍為應(yīng)用最廣泛的檢測元件 。 溫度計(jì)的檢測方法 目前國內(nèi)使用的溫度計(jì)雖然品種繁多，應(yīng)用范圍也較廣，但它的檢測技術(shù)基本是以下幾種方法： (1)利用 物體熱脹冷縮原理制成的溫度計(jì)。本設(shè)計(jì)是通過 MCS51 單片機(jī)和 DS18B20 轉(zhuǎn)換芯片，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境溫度的采集、模 /數(shù)轉(zhuǎn)換、處理、顯示過程。s living standard, singlechip control is undoubtedly one of the objectives pursued, it gives people the convenience can not be negative, in which digital thermometer is a typical example, but people its increasingly high demand for people to work, scientific research, life and more convenient to provide better facilities will need to start from the number of singlechip technology, all toward the digital control, intelligent control of direction. 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