【正文】 , temperature measurement 目 錄 1 方案論證 1 基于模擬溫度傳感器的方案 2 方案選擇 5 DS18B20的引腳功能 5 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 6 DS18B20與單片機接口 電路 12 時鐘電路設(shè)計 13 聲光報警電路設(shè)計 14 引腳指令 19 LCD 顯示程序流程設(shè)計 23 原理圖 繪制 24 系統(tǒng)仿真 25 總結(jié) 30 附錄 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，使用運算放大器交將信號進行適當(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，傳給給單片 機，單片機將溫度值進行處理之后用 LCD顯示 ，當(dāng)溫度值超過設(shè)置值時，系統(tǒng)開始報警。 （ 2） AD590 的電源電壓范圍為 4V～ 30V， 電源電壓可在 4V~6V 范圍變化，電流 變化 1mA，相當(dāng)于溫度變化 1K。 （ 3） 輸出電阻為 710MW。 ℃。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電流輸出型的靈敏度一般為 1mA/K。 具體框架圖如圖 12. 單 片 機鍵 盤數(shù) 字 溫 度 傳 感 器數(shù) 字 溫 度 傳 感 器數(shù) 字 溫 度 傳 感 器數(shù) 字 溫 度 傳 感 器L C D 顯 示聲 光 報 警 圖 12 基于數(shù)字溫度傳感器測量系統(tǒng)方案 本課題采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20作為測為測溫元件 ,它具有如下特點 : （ 1）只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。 （ 3）實際應(yīng)用中不需要外部任 何元器件即可實現(xiàn)測溫。 （ 5）數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從 9位到 12位選擇。 方案選擇 本設(shè)計要求測量的點數(shù)為 8，采用液晶顯示，巡回顯示路數(shù)和溫度，每秒刷新 1次顯示數(shù)據(jù)。 方案一采用模擬溫度傳感器 AD590，轉(zhuǎn)換結(jié)果需要經(jīng)過運算放大器和 AD 轉(zhuǎn)換器傳送給處理器。 方案二采用了數(shù)字溫度傳感器 DS18B20， 改變了傳統(tǒng)溫度測試方法。 DS18B20 體積小、經(jīng)濟、使用方便靈活，測試精度高，較 高的性能價格比，有 CRC 校驗，系統(tǒng)簡明直觀。 綜上所述，本課題采用方案二對系統(tǒng)進行設(shè)計。該系統(tǒng)可以直接采 RS232串行通訊標(biāo)準(zhǔn)與電腦連接或由鍵盤控制，通過單片機控制下位機，進行現(xiàn)場 8路溫度檢測信號的采集。系統(tǒng)框架圖如圖 21. DS18B20 是數(shù)字溫度傳感器，它的輸入 /輸出采用數(shù)字量，以單總線技術(shù)，接收主機發(fā)送的命令，根據(jù) DS18B20內(nèi)部的協(xié)議進行相應(yīng)的處理，將轉(zhuǎn)換的溫度以串口發(fā)送給主機。 在系統(tǒng)啟動之時，可以通過鍵盤設(shè)置各點溫度的 上限值，當(dāng)某點溫度超過設(shè)置值時，報警器開始報警，液晶顯示該傳感器的路數(shù)、設(shè)置溫度值、實際溫度值，從而實現(xiàn)了對各點溫度的實時監(jiān)控。它有如下特點： （ 1） 獨特的單線接口方式： DS18B20 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）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍： +~ + V。固有測溫分辨率為 ℃。 （ 6）用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值。 （ 8）負壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。但是需要嚴格的程序和協(xié)議。 表 31 DS18B20引腳功能描述 序 號 名 稱 引腳功能描述 1 GND 地信 號 2 DQ 數(shù) 字輸入輸出引腳 ,開漏單總線接口引腳 ,當(dāng)使用寄生電源時 ,可向電源提供電源 3 VDD 可 選擇 的 VDD引腳 ,當(dāng)工作于寄生電源時 ,該引腳必須接地 武漢科技學(xué)院 06 屆畢業(yè)論文 6 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20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 31所示。 (2) 非易市失性溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過軟件寫入用戶報警上下限。后者用于存儲 TH， TL值。而配置寄存器為高速暫存器中的第 5個字節(jié)，他的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率， DS18B20工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。在 DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動， R1 和 R0決定k溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即是來設(shè)置分辨率 。因此，在實際 應(yīng)用 中要在分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。其中溫度信息（第 1， 2字節(jié)）、 TH和 TL值第 3， 4字節(jié)、 可用來 保證通信正確。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫 存存儲器的第 1， 2字節(jié)。溫度值格式如下 （表 36） ： 表 36 溫度值格式 23 22 21 20 21 22 23 24 MSB LSB S S S S S 26 25 24 對應(yīng)的溫度計算：當(dāng)符號位 S=0時，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當(dāng) S=1時，先將補碼變換為原碼，再計算十進制值。 DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與 TH， TL作比較，若 TTH或TTL,則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并對主機發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)。 表 37 部分溫度對應(yīng) 溫度 /C 二進制 十六進制表示 +125 00000111 11010000 07D0H + 00000001 10010001 0191H + 00000000 00001000 0008H 0 00000000 00000000 0000H 11111111 11111000 FFF8H 11111110 01101111 FE6FH 55 11111100 10010000 FC90H 武漢科技學(xué)院 06 屆畢業(yè)論文 9 (4) CRC的產(chǎn)生 在 64 b ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余校驗碼（ CRC）。 DS18B20 與單片機接口電路 如圖 32所示，為單片機與 DS18B20的接口電路。 D S 1 8 B 2 0 單 片 機 圖 32 單個 DS18B20與單片機接口電路 單片機對 DS18B20 的控制 DS18B20采用嚴格的單總線通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。除了應(yīng)答脈沖所有這些信號都由主機發(fā)出同步信號。且低位在前，高位在后 . （ 1）初始化序列：復(fù)位脈沖和應(yīng)答脈沖 在初始化過程中，主機通過拉低單總線至少 480181。然后主機釋放總線并進入接收 (RX)模式。 武漢科技學(xué)院 06 屆畢業(yè)論文 10 DS18B20 檢測到這個上升沿后，延時 15181。s，通過拉低總 線 60181。s產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。至少 480 us 至少 480 us主機初始化主機初應(yīng)答Pre s e n c e pu l s e60 240 us 圖 33 初始化 （ 2） DS18B20的讀寫控制 在寫時序期間，主機向 DS18B20 寫入數(shù)據(jù)；而在讀時序期間，主機讀入來自DS18B20的數(shù)據(jù)。讀 /寫時序如圖 34。主機在寫 1 時序向 DS18B20 寫武漢科技學(xué)院 06 屆畢業(yè)論文 11 入邏輯 1，而在寫 0 時序向 DS18B20寫入邏輯 0。s，且在兩次寫時序之間至少需要 1181。兩種寫時序均以主機拉低總線開始。s 內(nèi)釋放總線，然后由上拉電阻將總線拉至高電平。s）。s~60181。如果總線為高電平，則邏輯 1被寫入 DS18B20；如果總線為低電平，則邏輯 0被寫入 DS18B20。所以主機在發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時序，以便 DS18B20 能夠傳送數(shù)據(jù)。s，且在兩次獨立的讀時序之間至少需要 1181。 每次讀時序由主機發(fā)起，拉低總線至少 1181。在主機發(fā)起讀時序之后， DS18B20開始在總線上傳送 1 或 0。當(dāng)傳送 0時， DS18B20在該時序結(jié)束時釋放總線，再由上拉電阻將總線拉回空閑高電平狀態(tài)。s 內(nèi)有效，因此主機必須在讀時序開始后的 15181。 ③ DS18B20的命令序列 根據(jù) DS18B20的通訊協(xié)議，主機（單片機）控制 DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進行復(fù)位操作，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 DS18B20進行預(yù)定的操作。 DS18B20 的 ROM 如表 38 所示，每個 ROM命令都是 8 bit長。 這時只需按 RET按鈕，單片機初始化，系統(tǒng)就可以正常工作。復(fù)位信號是高信號有效，其有效時間持續(xù) 24 個振蕩周期（兩個機器周期）以上。持續(xù)時間由 RC決定。具體復(fù)位電路如圖 35。電路 C1 和 C2 通常取 30uF 左右，可穩(wěn)定頻率并對振蕩頻率有微調(diào)作用。具體電路如圖 36，選擇石英晶振作為時鐘組件 , 接至單片機的 XTAL XTAL2 引腳組成時鐘電路。如圖 37，分別連接單片機的 , 接口，余下的 P1接口可以用于鍵盤擴展或其他。 圖 37 鍵盤電路 武漢科技學(xué)院 06 屆畢業(yè)論文 14 報警電路設(shè)計 在系統(tǒng)溫度達到上下限溫度限制是有提醒信號產(chǎn)生可選擇揚聲器來實現(xiàn)這一功能。同時設(shè)置 LED閃動，從而實現(xiàn)聲光報警的 功能！這里使用放大器和軟件來驅(qū)動揚聲器。 圖 38 報警電路 顯示電路設(shè)計 引腳功能 顯示模塊采用通用 1602液晶顯示，單 5V電源工作電壓，有簡單、易安裝、低功耗、長壽命、高可靠的特點，他還內(nèi)置 192中字符，具有 64個字節(jié)的自定義字符 RAM，可定義 8個 5*8點字符或四個 5*11點陣字符，并有半透正顯等顯示方式 ,還支持 4位或 8位并口通訊方式。接口定義如表 39 表 39 接口定義 引腳 符號 功能說明 1 VSS 一般接地 2 VDD 接電源（ +5v） 3 V0 液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10k 的電位器調(diào)整對比度） 4 RS RS為寄存器選擇，高電平 1時選擇 數(shù)據(jù)寄存器，低電平 0時選擇指令寄存器 5 R/W R/W為讀寫信號線，高電平 1時進行讀操作，低電平 0時進行寫操作 6 E E(EN)端為使能端。高電平表示有效，低電平則無效 指令 4：顯示開關(guān)控制。 指令 10：寫數(shù)據(jù) 指令 11：讀數(shù)據(jù) 表 310 指令 指 令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開 /光控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)