【正文】 度傳感器的性能特點(diǎn)DS18B20 溫度傳感器是美國(guó) DALLAS 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單線智能溫度傳感器,與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比,它能直接讀出被測(cè)溫度,并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 912 位的數(shù)字值讀數(shù)方式?！?；內(nèi)含 64 位經(jīng)過(guò)激光修正的只讀存儲(chǔ)器 ROM，通過(guò)識(shí)別只讀 ROM 中的唯一序列號(hào)實(shí)現(xiàn)單線多掛接；可通過(guò)數(shù)據(jù)供電，電壓范圍為 —；溫度以 9 或 12 位數(shù)字量讀出；用戶可分別設(shè)定各路溫度的報(bào)警上、下限；將 12 位的溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量所需的時(shí)間不超過(guò) 750ms；負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒壞，但不能正常工作.(2) DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 2—2 所示，它采用 3 腳 PR—35 封裝或 8 腳SOIC 封裝其管腳封裝如圖 2－3 所示。開(kāi)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) DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因。MSB LSB MSB LSB MSB LSB圖 2—2 64 位 ROM 結(jié)構(gòu)圖8 位檢驗(yàn) CRC 48 位序列號(hào) 8 位工廠代碼（10H）圖 2－2 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 2－3 DS18B20 的引腳排列DS18B20 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 EEPRAM。 DS18B20 EEPROM 的結(jié)構(gòu)圖 2—4 DS18B20 高速暫存 RAM 結(jié)構(gòu)圖頭 2 個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第 3 和第 4 字節(jié)是 TH 和 TL 的拷貝，是易失的，溫度 LSB 1 字節(jié)溫度 MSB 2 字節(jié)TH 用戶字節(jié) 1 3 字節(jié)TL 用戶字節(jié) 2 4 字節(jié)配置寄存器 5 字節(jié)保留 6 字節(jié)保留 7 字節(jié)保留 8 字節(jié)CRC 9 字節(jié)TH 用戶字節(jié) 1TL 用戶字節(jié) 2配置字節(jié)每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。DS18B20 工作時(shí)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。低 5 位一直為 1，TM 是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20 在工作模式還是在測(cè)試模式。由表 2—5 可見(jiàn),DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間比較長(zhǎng)，而且設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長(zhǎng)。高速暫存 RAM 的第 8 字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯 1。表 2—1 DS18B20 分辨率的定義規(guī)定 圖 25 DS18B20 的配置寄存器當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。單片機(jī)可以通過(guò)單總線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃/LSB形式表示。當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位 S=1 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與 RAM 中的 TH、TL 字節(jié)內(nèi)容做比較。因此，可用多只 DS18B20 同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索。主機(jī)根據(jù) ROM 的前56 位來(lái)計(jì)算 CRC 值，并和存入 DS18B20 的 CRC 值做比較，以判斷主機(jī)收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開(kāi)時(shí)，DS18B20 對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。減法計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器 1 重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫(xiě)時(shí)很重要。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（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)。另一種是寄生電源方式，如圖 2—10 所示。當(dāng) DS18B20 處于寫(xiě)存儲(chǔ)器操作和溫度 A/D 轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，圖 2—7 DS18B20 測(cè)溫原理圖上拉開(kāi)始時(shí)間最大為 10μs。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。這兩個(gè)平面上的槽互相垂直(相交成 90 度)。由于光線順著分子的排列方向傳播，所以光線經(jīng)過(guò)液晶時(shí)也被扭轉(zhuǎn) 90 度。LCD 是依賴極化濾光器(片)和光線本身。極化濾光器實(shí)際是一系列越來(lái)越細(xì)的平行線。極化濾光器的線正好與第一個(gè)垂直，所以能完全阻斷那些已經(jīng)極化的光線。LCD 正是由這樣兩個(gè)相互垂直的極化濾光器構(gòu)成，所以在正常情況下應(yīng)該阻斷所有試圖穿透的光線。另一方面，若為液晶加一個(gè)電壓，分子又會(huì)重新排列并完全平行，使光線不再扭轉(zhuǎn)，所以正好被第二個(gè)濾光器擋住。 然而，可以改變 LCD 中的液晶排列，使光線在加電時(shí)射出，而不加電時(shí)被阻斷。 從液晶顯示器的結(jié)構(gòu)來(lái)看，無(wú)論是筆記本電腦還是桌面系統(tǒng)，采用的 LCD 顯示屏都是由不同部分組成的分層結(jié)構(gòu)。因?yàn)橐壕Р牧媳旧聿⒉话l(fā)光，所以在顯示屏兩邊都設(shè)有作為光源的燈管，而在液晶顯示屏背面有一塊背光板（或稱勻光板）和反光膜，背光板是由熒光物質(zhì)組成的可以發(fā)射光線，其作用主要是提供均勻的背景光源。液晶層中的水晶液滴都被包含在細(xì)小的單元格結(jié)構(gòu)中，一個(gè)或多個(gè)單元格構(gòu)成屏幕上的一個(gè)像素。在液晶材料周邊是控制電路部分和驅(qū)動(dòng)電路部分。 報(bào)警電路功能與作用溫度報(bào)警電路采用 NPN 三極管、電阻和蜂鳴器組成。圖 2—10 報(bào)警部分電路圖 按鍵控制電路的功能按鍵控制電路由四個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)組成。 圖 211 按鈕開(kāi)關(guān) 電源電路的功能系統(tǒng)需要多種電源，單片機(jī)需要＋5V 電源，傳感器需要＋10V 以上的線性電源。采用三端固定穩(wěn)壓芯片 7805 為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。如下圖：圖 212 電源電路圖在這里只給出了＋5V 電源電路，+12V 電源電路與+5V 相似，因此不再畫(huà)出。 數(shù)字溫度控制器電路圖圖 213 數(shù)字溫度控制器電路圖以上我們對(duì)溫度測(cè)量電路的硬件各部分電路溫度測(cè)量電路、報(bào)警電路、按鍵控制電路和整個(gè)電路圖等進(jìn)行了介紹，在下一章我們將對(duì)軟件部分進(jìn)行分析。 主程序流程圖主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)際顯示、讀數(shù)并處理 DS18B20 的測(cè)量溫度值。圖 31 主流程 溫度采集及報(bào)警處理程序流程圖溫度采集及報(bào)警處理程序流程圖的主要功能是對(duì)當(dāng)前的進(jìn)行采集和報(bào)警處理，在讀出時(shí)需進(jìn)行 CRC 檢驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫(xiě)。圖 32 程序流程圖 溫度數(shù)據(jù)的計(jì)算處理方法從 DS18B20 讀取出的二進(jìn)制值必須先轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制值，才能用于字符顯示。在采用 12 位轉(zhuǎn)換精度時(shí)，溫度寄存器里的值是以 為步進(jìn)的，即溫度值為溫度寄存器里的二進(jìn)制值乘以 ，就是實(shí)際的十進(jìn)制溫度值。 電路調(diào)試定義 電子電路調(diào)試技術(shù)包括調(diào)整和測(cè)試兩部分。電路測(cè)試是電路調(diào)整的依據(jù)，又是檢驗(yàn)結(jié)論的判斷依據(jù)。 硬件調(diào)試硬件調(diào)試是利用開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、基本測(cè)試儀器(萬(wàn)用表、示波器)等，檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。步驟如下：第一步：目測(cè)。第二步：用萬(wàn)用表測(cè)試。第三步：加電檢測(cè)。第四步：聯(lián)機(jī)檢查。動(dòng)態(tài)調(diào)試 動(dòng)態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部的故障、器件連接邏輯錯(cuò)誤等的一種硬件檢查。由近及遠(yuǎn) 是將信號(hào)流經(jīng)的各元器件按照距離單片機(jī)的邏輯距離進(jìn)行由近及遠(yuǎn)的分層，然后分層調(diào)試。由分到合 是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當(dāng)調(diào)試電路時(shí)，與該元件無(wú)關(guān)的器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個(gè)局部的電路上。有分到合的調(diào)試即告完成。程序運(yùn)行后編輯，查看程序是否有邏輯的錯(cuò)誤。 軟硬件聯(lián)調(diào) 在灌好程序后，將 AT89C52 芯片插到硬件電路上，插上電源看它能否達(dá)到預(yù)期效果。經(jīng)過(guò)了兩個(gè)多月的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了數(shù)字溫度控制器的論文。踉踉蹌蹌地忙碌了兩個(gè)月，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題也終將告一段落?？墒?，我又會(huì)有點(diǎn)自戀式地安慰自己：做一件事情，不必過(guò)于在乎最終的結(jié)果，可貴的是過(guò)程中的收獲。畢業(yè)設(shè)計(jì)，也許是我大學(xué)生涯交上的最后一個(gè)作業(yè)了。我的畢業(yè)指導(dǎo)老師余紅娟教授、鮑建勇工程師，在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)給了我許多幫助，我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)