設(shè)計(jì)7654262577

1、數(shù)字溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)摘要單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用給現(xiàn)代工業(yè)測控領(lǐng)域帶來了極大的便利，單片機(jī)由于其微小的體積和極低的成本，廣泛的應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控制等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力和流量也都是常用的被控參數(shù)。論文介紹了“基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)及其相關(guān)內(nèi)容?？刂葡到y(tǒng)中引入單片機(jī)，可以充分利用單片機(jī)在對采集數(shù)據(jù)加以分析并根據(jù)所得結(jié)果做出邏輯判斷等方面的能力。 提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。論文首先利用溫度傳感器將被測溫度信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，這一信號經(jīng)單片機(jī)處理后。通過一執(zhí)行機(jī)構(gòu)可控硅對加熱源的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制。并實(shí)現(xiàn)報(bào)警及溫度顯示的功能。論文介紹了基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的硬件

2、設(shè)計(jì)的過程。簡單介紹了背景和總體的設(shè)計(jì)思路、AT89C51單片機(jī)的基本知識并對系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所涉及的一些主要的芯片做了簡單的介紹。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；溫度控制；傳感器THE TEMPERATURE CONTROL SYSTEM BASED ON MCU AbstractThe development and application of MCU (Micro Control Unit) brought the enormous convenience in many fields of modern industrial detect and control. Because of its small

3、 volume, extremely lowcost and high efficiency, it is widely used in home applicancesand industrial control. In the process of production, current, voltage, temperature and pressure are usually the parameter to be monitored.The design of the temperature control system based on MCU is introduced in t

4、his paper. when MCU introduced in control system,it can not only to analyze the data which had been to gathered,but also basis the obtained result to makes logical judgement and so on .It can improve reliability of whole system.First, the temperature sensor transforms the measured temperature signal

5、 into the digital signal.After the dealing with MCU.Through a implementing agency -silicon-controlled rectifierthe switch condition to carry on the control. And the realization reports to the police and the temperature demonstration function.This paper mainly includes the hardware process of the tem

6、perature control system based on MCU. This design describes the background knowledge and the general design of the system.It introduces the basic knowledge of AT89C51 and the chips which are used in the system.There is a general conclusion in the end of the paper.Key words: MCU; Temperature Control;

7、 Sensor目錄前言1第1章 本課題的研究現(xiàn)狀及意義21.2課題研究的意義21.3總體設(shè)計(jì)方案2第2章 單片機(jī)AT89C51的結(jié)構(gòu)和原理2.1 主要性能參數(shù)22.2 功能特性概述22.3 引腳功能22.4 時(shí)鐘振蕩器22.5 空閑節(jié)電模式22.6 掉電模式22.7極限參數(shù)2第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤！未定義書簽。3.1 溫度監(jiān)控電路設(shè)計(jì)23.1 輸入通道設(shè)計(jì)23.1 加熱驅(qū)動電路設(shè)計(jì)2第4章 溫度控制系統(tǒng)的器件介紹4.1 溫度傳感器DS18B20結(jié)構(gòu)和原理24.2 光電耦合器MOC304124.3 雙向可控硅BTA0624.4 8位鎖存器74LS37424.4 四2輸入與門74LS0824.4

8、 四2輸入或非門74LS022結(jié)論31致謝32參考文獻(xiàn)33附錄1 程序流程圖（1）34附錄2 程序流程圖（2）34附錄3 電子計(jì)價(jià)秤前面34前言數(shù)字式溫度控制系統(tǒng)由單片機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制對象和檢測裝置等部分組成，其特點(diǎn)是通過數(shù)字溫度控制傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)對溫度的集成了采樣、物理量/模擬量轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換等，直接輸出數(shù)字信號，無需另接任何外圍電路即可方便地構(gòu)成溫度檢測系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測溫效果， 執(zhí)行機(jī)構(gòu)由光電藕合器驅(qū)動雙向可控硅，可控硅再對加熱源的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制。光電耦合器除了具有電隔離的功能、脈沖和直流都可以使用外。還具有抗干擾和噪聲的能力，具有響應(yīng)速度快，使用方便、耗電

9、省、成本低等優(yōu)點(diǎn)！以單片機(jī)為核心，通過程序內(nèi)部的運(yùn)算將轉(zhuǎn)換好的溫度數(shù)值發(fā)送給LED顯示出來。溫度報(bào)警系統(tǒng)，通過鍵盤接口設(shè)置溫度的上下限數(shù)值，設(shè)定完畢后程序會實(shí)時(shí)查詢當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度是否超出設(shè)置的上下限溫度數(shù)值。如果超出會報(bào)警或?qū)⒇?fù)載切斷，停止其工作。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，一般要求處于某一恒定的溫度下進(jìn)行控制，因此常常要求對溫度進(jìn)行控制。為實(shí)現(xiàn)儀器的智能化，一般都嵌有微處理器(或數(shù)字信號處理器)作為主控制器，因此，如果用一般的溫度傳感器作為檢測元件，就需要進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，而選用美國Dallas公司生產(chǎn)的數(shù)字式溫度傳感器DS18B20作為檢測元件，可以直接將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，就不需AD轉(zhuǎn)換電路，簡化

10、了控制電路。在本文設(shè)計(jì)的一種檢測儀器中，要求試樣的溫度恒定保持在0 (40 0 1 00)，精度為±05 ，因此只考慮其加熱而不考慮其制冷。用貼在金屬底座上的金屬電熱膜作為加熱元件，用一片DS18B20對金屬底座進(jìn)行單點(diǎn)測溫，采用單片機(jī)AT89C51作為控制器，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)。這種溫度控制器可以在只占用較小體積的情況下，對溫度進(jìn)行恒溫控制。第1章 本課題的研究現(xiàn)狀及意義1.1課題研究的意義溫度是重要的物理量，溫度的測量和控制，在工業(yè)生產(chǎn)和科研工作中都非常重要。在傳統(tǒng)的模擬信號遠(yuǎn)距離溫度測量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補(bǔ)償問題、多點(diǎn)測量切換誤差問題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問題

11、等技術(shù)問題，才能夠達(dá)到較高的測量精度。另外一般監(jiān)控現(xiàn)場的電磁環(huán)境都非常惡劣，各種干擾信號較強(qiáng)，模擬溫度信號容易受到干擾而產(chǎn)生測量誤差，影響測量精度。模擬器件（熱電耦）體積大、應(yīng)用復(fù)雜、而且不容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化等缺點(diǎn)，也阻礙了應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展。數(shù)字式溫度測量系統(tǒng)的特點(diǎn)是以微處理器為核心，利用微處理器的控制、運(yùn)算功能，具有智能化的特點(diǎn)。本系統(tǒng)采用數(shù)碼管直接顯示被測溫度值，這種數(shù)字式顯示不僅直觀、測量精度高，而且便于進(jìn)行自動控制。所以，數(shù)字式溫度測量電路獲得了廣泛的應(yīng)用數(shù)字式溫度控制系統(tǒng)由單片機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制對象和檢測裝置等部分組成，其特點(diǎn)是通過數(shù)字溫度控制傳感器實(shí)現(xiàn)對溫度的集成了采樣、物理量/模擬量轉(zhuǎn)

12、換、A/D轉(zhuǎn)換等，直接輸出數(shù)字信號，無需另接任何外圍電路即可方便地構(gòu)成溫度檢測系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測溫效果， 執(zhí)行機(jī)構(gòu)由光電藕合器驅(qū)動雙向可控硅，可控硅再對加熱源的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制。光電耦合器除了具有電隔離的功能、脈沖和直流都可以使用外。還具有抗干擾和噪聲的能力，具有響應(yīng)速度快，使用方便、耗電省、成本低等優(yōu)點(diǎn)！以單片機(jī)為核心，通過程序內(nèi)部的運(yùn)算將轉(zhuǎn)換好的溫度數(shù)值發(fā)送給LED顯示出來。溫度報(bào)警系統(tǒng)，通過鍵盤接口設(shè)置溫度的上下限數(shù)值，設(shè)定完畢后程序會實(shí)時(shí)查詢當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度是否超出設(shè)置的上下限溫度數(shù)值。如果超出會報(bào)警或?qū)⒇?fù)載切斷，停止其工作。1.2總體設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理溫度傳感器將對被

13、測溫度進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將此測量結(jié)果送入單片機(jī)，單片機(jī)將輸入的溫度值與內(nèi)部指定單元的給定溫度值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果，通過一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可控硅對加熱源（電阻爐 電熱水壺和燈泡等）的開斷狀態(tài)進(jìn)行控制。采用簡單的開關(guān)控制。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)為硬件部分的設(shè)計(jì)，包括溫度傳感器、單片機(jī)、雙向可控制硅和光電耦合器的選用。輸入通道、控制系統(tǒng)、輸出通道，顯示電路的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)原理圖如下： 鍵盤顯示報(bào)警單片機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)加熱器傳感器 圖1-1 結(jié)構(gòu)原理圖 器件選擇本設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中主要選取了以下一些器件單片機(jī)：AT89C51。溫度傳感器：DS18B20。光電耦合器：MOC341。雙向可控硅：BTA06。

14、8位鎖存器：74LS374。4輸入與門：74LS08。4輸入或非門：74LS02。第2章 單片機(jī)AT89C51的結(jié)構(gòu)和原理AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含KB的可反復(fù)擦寫的程序存儲器和128B的隨機(jī)存儲器（RAM），器件采用Atmel 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)配置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的AT89C51單片機(jī)可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。2.1 主要性能參數(shù)與MCS-51產(chǎn)品指令完全兼容 4KB可反復(fù)擦寫Flash閃速存儲器 1000次擦寫周期 時(shí)鐘頻率范圍：0Hz24H

15、z 3級加密存儲器 128*8B內(nèi)部RAM 32個(gè)可編程I/O接口線 2個(gè)16為定時(shí)/計(jì)數(shù)器 6個(gè)中斷源 可編程串行UART通道 低功耗空閑和掉電模式2.2功能特性概述AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4KB的Flash閃速存儲器，128B內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O接口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至于0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直

16、到下一個(gè)硬件復(fù)位。2.3引腳功能AT89C51的引腳排列如圖2-1所示圖2-1 AT8C51的PDIP封裝形式和引腳排列VCC：電源GND：地P0口：P0口是一組8位漏級開路型雙向I/O樓，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能以輸出電流的方式驅(qū)動8個(gè)TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8為雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（

17、吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流（IIL）.Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接受低8位電阻。P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部存儲器時(shí)，P2口線上的內(nèi)容（特殊功能寄存器SFR區(qū)中R2

18、寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不改變。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高為地址和其他控制信號。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯電路。對P3口寫入“1”時(shí)，他們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3偶除了作為一般的I/O口線外，更重要的功能是它的第二功能，如表2-1所示。P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗(yàn)的控制信號。表2-1 AT89C51的P3口的第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.

19、2INT0(外中斷0）P3.3INT1(外中斷1）P3.4T0(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)P3.5T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)，即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（

20、PROG）。如果必要，可通過特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元中的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只要一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會被激活，此外，該引腳還會微弱被拉高。單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無效。PSEN：程序存儲器允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選信號，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSENY 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號不出現(xiàn)。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為000011FFFF11），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是

21、如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端）CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時(shí)，該引腳加上12V的編程允許電源VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V的編程電壓VPP。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸入端。2.4時(shí)鐘振蕩電路AT89C51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器作為反饋元件的片外石英晶體諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路如圖2-2所示。圖2-2 時(shí)鐘振蕩電路外接石英晶體諧振蕩及電容C1、C2接

22、在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。對外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、震蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度的穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，電容使用30pF±10pF。2.5空閑節(jié)電模式AT89C51有兩種可用軟件編程的省電模式，空閑模式和掉電模式。這兩種方式是控制專用寄存器PCON（電源控制寄存器）中的PD（PCON.1）和IDL（PCON.0）位來實(shí)現(xiàn)。PD是掉電模式，單片機(jī)進(jìn)入掉電工作狀態(tài)，IDL是空閑等待狀態(tài)，當(dāng)IDL=1時(shí)，激活掉電工作模式，單片機(jī)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，如需同時(shí)進(jìn)入兩種工作模式，即PD和IDL同時(shí)為1，則先激活掉電

23、工作模式。在空閑工作模式狀態(tài)，CPU保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設(shè)仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。此時(shí)，片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變?？臻e模式可由任何允許的中斷請求或硬件復(fù)位終止。終止空閑工作模式的方法有兩種，其一是任何一條被允許中斷的事件被激活，IDL（PCON.1）被硬件清除，即刻中止空閑工作模式。程序會首先響應(yīng)中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序并緊隨RETI（中斷返回）指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機(jī)進(jìn)入空閑模式那條指令后面的一條指令。其二是通過硬件復(fù)位也可將空閑工作模式終止。需要注意的是，當(dāng)由硬件復(fù)位來終止空閑工作模式時(shí)，CPU通常是從激活空閑模式那條指

24、令的下一條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復(fù)位操作，硬件復(fù)位脈沖要保持兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘周期）有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止CPU訪問片內(nèi)RAM，而允許訪問其他端口。為了避免對端口產(chǎn)生意外寫入，激活空閑模式的那條指令后一條指令不應(yīng)是一條對端口或外部存儲器的寫入指令。2.6掉電模式在掉電模式下，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。推出掉電模式的惟一方法是硬件復(fù)位，復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變RAM中的內(nèi)容，在VCC恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)無效，且必須保持一定時(shí)間以使振蕩器重啟動并穩(wěn)重工作?？臻e和

25、掉電模式外部引腳狀態(tài)如表 2-2 所示。表2-2 外部引腳圖模 式空閑模式空閑模式掉電模式掉電模式程序存儲器內(nèi)部外部內(nèi)部外部ALE1100模式空閑模式空閑模式掉電模式掉電模式PROG1100P0數(shù)據(jù)浮空數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)P1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)P2數(shù)據(jù)地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)P3浮空數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2.7 AT89C51的極限參數(shù)工作溫度：-55+125儲藏溫度：-6515任一引腳對地電壓：-1.07.0最高工作電壓：6.6直流輸出電流：15.0mA第3章 溫度控制系統(tǒng)的器件介紹3.1 溫度傳感器Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器?！耙痪€總線”接口芯片獨(dú)

26、特而且經(jīng)濟(jì)，使戶可以輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。DS18B20、 DS1822 “一線總線”數(shù)字化溫度傳感器 同DS1820一樣，DS18B20也 支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 -55°C+125°C，在-10+85°C范圍內(nèi),精度為±0.5°C。DS1822的精度較差為± 2°C ?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子

27、產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。 DS18B20、 DS1822 的特性 DS18B20可以程序設(shè)定912位的分辨率，精度為±0.5°C?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價(jià)格比也非常出色！ DS1822與 DS18B20軟件兼容，是DS18B20的簡化版本。省略了存儲用戶定義報(bào)警溫度、分辨率參數(shù)的EEPROM

28、，精度降低為±2°C，適用于對性能要求不高，成本控制嚴(yán)格的應(yīng)用，是經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品。 繼“一線總線”的早期產(chǎn)品后，DS1820開辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念。DS18B20和DS1822使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測溫系統(tǒng)。主要特性DS18xx傳統(tǒng)特性。測量范圍-55°C+125°C。-10+85°C范圍內(nèi)精度為±0.5°C（DS1822除外）用戶可自定義的EEPROM，設(shè)定的報(bào)警溫度存在EEPROM（DS1822除外）無需外部元件“一線總線”特征獨(dú)特的電源和信號復(fù)合在一起僅使用一條口線每

29、個(gè)芯片惟一編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址簡單的網(wǎng)絡(luò)化的溫度感知零功耗等待DS18B20的新性能如下：可用數(shù)據(jù)線供電可測溫范圍-55°C+125°C，在-10+85°C范圍內(nèi)精度為±0.5°C 可編程分辨率912位，可分辨溫度分別為0.5°C、0.25°C、0.125°C和0.0625°C負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會因發(fā)燒而燒毀，但不能正常工作。溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間由DS18的2s降為750ms，且靈敏度大為提高，在逐漸升。溫的水中與精度為±0.5°C的溫度計(jì)幾乎同步，且回復(fù)性很好。每個(gè)芯片惟一編碼

30、管腳圖及管腳說明1. 管腳圖該系列產(chǎn)品采用DSOC、SOIC和TO-92等3中不同的封裝形式。DS18B20的TO-92封裝管腳圖如圖2-1所示。 圖3-1 TO-92封裝管腳圖DS18B20的TO-92封裝管腳圖如圖2-3所示。 圖3-2 TO-92封裝管腳圖（2）管腳定義DS18B20的管腳定義如表3-1所示。表3-1 DS18B20的管腳定義TO-29封裝名稱功能1GND接地2DQ輸入/輸出3VDD電源內(nèi)部功能框圖DS18B20內(nèi)部功能如圖2-4所示，主要由如下4部分組成。64 BIT ROM AND1-WIRE PORTMEMORY AND CONTROL LOGICSCRA

31、TCHPADTEMPERATURE SENSORHIGH TEMPERATURELOW TEMPERATURECONFIGURATION RFGISTF8-BIT CRC GENERATORPOWERSUPPLY SENSE圖3-3 內(nèi)部功能框圖64位ROM溫度傳感器非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL配置寄存器ROM中的64位序列號是出廠前被刻上去的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個(gè)DS18B20的序列號均不相同。64位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼的特征多項(xiàng)式為CRC=X8+X5+X4+1。ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。DS1

32、8B20中的溫度傳感器完成多溫度的測量。高低溫報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器均由一個(gè)字節(jié)的EEPROM組成，使用一個(gè)寄存器功能命令可對TH、TL或配置寄存器寫入工作特性DS18B20的主要技術(shù)參數(shù)如下。輸入通道數(shù)測量精度：-10+85°C范圍內(nèi)基本測量精度±5。設(shè)定精度：與顯示值一致，無相對誤差。顯示：2位LED通道號顯示；4位LED測量值顯示各通道報(bào)警狀態(tài)指示燈。告警方式：4種告警方式。2點(diǎn)公用告警繼電器輸出。多點(diǎn)控制繼電器輸出（擴(kuò)展功能）。告警輸出接點(diǎn)容量：AC250V、2A（阻值負(fù)載）。電源V0：AC187V242V，耗電量10VA以下。電壓V1：DC2028V，耗

33、電量8VA以下。工作環(huán)境：050，溫度2090RH。DS18B20的推薦工作范圍如表3-2所示。表3-2推薦的工作范圍參數(shù)名稱條件最小值典型值最大值單位供電電壓VDD局部供電3.0-5.5V數(shù)據(jù)針DQ-0.3-+5.5V邏輯1VIH-2.2-+0.3V邏輯0VIL-0.3-+0.8VDS18B20電氣特性如表3-3所示。表3-3 電氣特性名稱條件最小值典型值最大值單位tERR-10+85-±0.5-55+125-±2-VIH局部供電2.2-5.5VVIL-0.3-+0.8VILVIO=0.4V-4.0-mAIDDS-7501000nAIDD-11.5mAIDQ-5-uADS

34、18B20的時(shí)間特性如表3-4所示表3-4 時(shí)間特性名稱條件最小值典型值最大值單位tWR-210mstCONV9Bit-93.75ms10Bit-185.5-11Bit-375-12Bit-750-tSLOT-60-120ustREC-1-ustLOW0-60-120us續(xù)表名稱條件最小值典型值最大值單位tLOW1-1-15ustRDV-15ustRSTH-480-ustRSTL-480-ustPDHIGH-15-60ustPDLOW-60-240us應(yīng)用介紹1.DS18B20的溫度計(jì)算DS18B20中的溫度傳感器完成對溫度的測量，用16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LS

35、B形式表達(dá)，其中S為符號位，溫度值和二進(jìn)制輸出對照表如表3-5所示。例如，+125的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH,-55的數(shù)字輸出為FC90H。表3-5 溫度值和二進(jìn)制輸出對照表溫度二進(jìn)制輸出十六進(jìn)制輸出+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.0650000 0001 1001 00010191H+10.1250000 0000 1010 001000A2H+0.50000 0000 0000 10000008H00000 0000 0000 0

36、0000000H-0.51111 1111 1111 1000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H溫度寄存器的復(fù)位值是+85DS18B20的數(shù)據(jù)格式如表3-6所示。表3-6 DS18B20的數(shù)據(jù)格式BitBit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0LS Byte232221202-12-22-32-4Bit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8MS ByteSSSSS262524這是轉(zhuǎn)化得到

37、的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘以0.0625,即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘以0.0625，即可得到實(shí)際溫度。2.DS18B20溫度傳感器的存儲器 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可擦除的E2RAM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器暫存存儲器包含了8個(gè)連續(xù)字節(jié)，前兩個(gè)字節(jié)是測得的溫度信息，第一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個(gè)字節(jié)是溫度的高八位。第三個(gè)和第四個(gè)字節(jié)是TH、TL的易失

38、性拷貝，第五個(gè)字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第六、七、八個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。DS18B20的寄存器在器件內(nèi)部的分布如表3-7所示。表3-7 DS18B20暫存寄存器分布寄存器內(nèi)存字節(jié)地址溫度最低數(shù)字位0溫度最高數(shù)字位1高溫限值2低溫限值3保留4保留5計(jì)數(shù)剩余值6每度計(jì)數(shù)值7CRC校驗(yàn)8第五個(gè)字節(jié)是器件的配置寄存器，其各位的意義為：TM-R1-R0-1-1-1-1-1。低五位都是1，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設(shè)置分辨率（D

39、S18B20出廠時(shí)被設(shè)置位12位），DS18B20的分辨率設(shè)置如表3-8所示。表3-8 分辨率設(shè)置表R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間009 位93.75ms0110位187.5 ms1011位375 ms1112位750 ms根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟： 每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位。 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(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)

40、位成功。對ROM操作時(shí)，采用如表3-9所示的代碼。表3-9 對ROM操作的代碼數(shù)指令約定代碼功能讀ROM33H讀DS18B20ROM中的編碼（即讀64位地址）符合ROM55H發(fā)出此命令后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單線上與該編碼相對應(yīng)的DS18B20使之做出反應(yīng)，為下一步對該DS18B20的讀寫做準(zhǔn)備搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個(gè)數(shù)和識別64位ROM地址，為操作各器件做好準(zhǔn)備跳過ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20發(fā)濕度變換命令，適用于單機(jī)工作告警搜索命令0ECH執(zhí)行后，只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)對寄存器操作的代碼表如表3

41、-10所示，表中還包括啟動溫度轉(zhuǎn)換和讀供電方式的指令。表3-10 對寄存器操作的代碼表指令約定代碼功能溫度變換44H啟動DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長為500ms（典型為200 ms），結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中讀暫存器0BEH讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4EH讀內(nèi)部RAM的第3、4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)復(fù)制暫存器48H將RAM中第3、4字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到E2PRAM中重調(diào)E2PRAM0B8H將E2PRAM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第3、4字節(jié)讀供電方式0B4H對DS18B20的供電模式，寄生供電時(shí)DS18B20發(fā)送“0”，外接電源供電DS18B

42、20發(fā)送“1” DS1820使用中注意事項(xiàng) DS1820雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： (1)較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS1820進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對DS1820操作部分最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。 (2)在DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此

43、。當(dāng)單總線上所掛DS1820超過8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。 (3)連接DS1820的總線電纜是有長度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時(shí)，讀取的測溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用DS1820進(jìn)行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 (4)在DS1820測溫程序設(shè)計(jì)中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，

44、程序總要等待DS1820的返回信號，一旦某個(gè)DS1820接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS1820時(shí)，將沒有返回信號，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS1820硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。3.2 光電耦合器MOC3041MOC3041器件由砷化硅發(fā)光二極管與執(zhí)行過零出發(fā)的雙向可控硅組成。輸入部分是一個(gè)砷化鎵發(fā)光二極管，在515mA正向電流的作用下發(fā)出足夠強(qiáng)度的紅外光去觸發(fā)輸出部分。輸出部分包括一個(gè)硅光敏雙向可控硅和過零觸發(fā)器。在紅外線的作用下，雙向可控硅可雙向?qū)?-11極限參數(shù)(TA=25)參數(shù)符號數(shù)值單位紅外線發(fā)射二極管反向電壓VR6V正向連續(xù)電流IF60mA總功耗PD120mW輸出

45、驅(qū)動截止?fàn)顟B(tài)時(shí)的端電壓VDRM400V峰值重復(fù)浪涌電流ITDM1A總功耗PD150mW整個(gè)器件絕緣電壓VISO7500Vac(pk)總功耗PD250mW結(jié)溫范圍TJ-40100工作環(huán)境溫度范圍TA-4085貯藏溫度Tstg-40150焊接溫度TL260絕緣電壓(VISO)是內(nèi)部器件介質(zhì)擊穿參數(shù)在這里，腳和腳是公用的，、5和6腳是公用的。3-12 電學(xué)特性電學(xué)特性符號最小值典型值最大值單位輸入LED反向漏電流(VR=6V)IR0.05100uA正向電壓(IF=30mA)VF1.31.5V輸出檢測發(fā)光二極管兩個(gè)方向關(guān)閉漏電流IDRM12100nA導(dǎo)通狀態(tài)下峰值電壓VTM1.83Volts靜態(tài)電壓變

46、化率Dv/dt10002000V/us耦合LED觸發(fā)電流IFTIFH15mA保持電流IH250uA絕緣電壓(f=60HZ,t=1sec)VISO7500Vac(pk)過零抑制電壓VIH520Volts截止?fàn)顟B(tài)下電流IDRM2500UA測試電壓必須與靜態(tài)電壓變化率相符合。3.3 雙向可控硅BTA06型雙向可控硅主要用于變頻電路、電動工具開關(guān)、調(diào)溫電路、洗衣機(jī)、空調(diào)等。 1、特點(diǎn) · 可雙向觸發(fā)極大地方便了電流的控制 · 阻斷電壓高 · 通態(tài)壓降低 · 觸發(fā)可靠 · 封裝形式：TO-220 2、電特性 極限值(Ta= 25)時(shí)的電特性如圖3-13所

47、示：表3-13 電特性參數(shù)名稱符號額定值單位斷態(tài)重復(fù)鋒值電壓VDRM600V反向重復(fù)鋒值電壓VRRM600V通態(tài)平均電流IT（AV）6A通態(tài)不重復(fù)浪涌電流ITSM60A控制極平均功率Tj125貯存溫度Tstg-40125表3-14 電參數(shù)（Ta= 25）參數(shù)名稱符號測試條件規(guī)范值單位最小典型最大通態(tài)峰值電壓VTMIT=10A1.7V斷態(tài)重復(fù)峰值電流IDRMVDRM=600V；RGK=1K歐姆20uA維持電流IHVD=12V；IGT=0.1A20mA關(guān)閉電流ILVD=12V；IGT=0.1A60mA電流上升速率dIT/dtIT=8A,IG=0.2A,dIG/dt=0.2A/uS50A/us電壓上

48、升速率dVD/dtVDM=67VDRM,RGK=1K歐姆,Tj=12550250V/us控制極觸發(fā)電壓VGTVD=12V;IGH=0.1V0.71.5V控制極最大電流IGM2A控制極最高電壓VGM5V控制極觸發(fā)電流T2+ G+T2+ G-T2- G-T2- G+IGTVD=12VIT=0.1A35353570mA控制極觸發(fā)電壓T2- G-T2+ G-T2- G-T2- G-VGTVD=12VRL=1000.750.750.751.51.51.5V漏電流IDVD=VDRM0.10.5mA3.5 74LS37474LS374為具有三態(tài)輸出的八D 邊沿觸發(fā)器,其主要電器特性的典型值如下(不同廠家具體

49、值有差別): 表3-15 電特性型號fmPD74LS37450MHz135mW74LS374 的輸出端O0O7 可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端OE 為低電平時(shí)， O0O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負(fù)載或總線。當(dāng)OE 為高電平時(shí)，O0O7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 當(dāng)時(shí)鐘端CP 脈沖上升沿的作用下，O 隨數(shù)據(jù)D 而變。 由于CP 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善400mV。 引出端符號： D0D7 數(shù)據(jù)輸入端 OE 三態(tài)允許控制端（低電平有效） CP 時(shí)鐘輸入端 O0O7 輸出端外部管腳圖： 圖3-5 外部管腳圖

50、真值表表3-16 真值表：DnLEOEOnHLHLLLXXHZ*邏輯圖：極限值: 電源電壓：7V 輸入電壓：7V 輸出高阻態(tài)時(shí)高電平電壓： 5.5V 工作環(huán)境溫度：070 存儲溫度：-65150表3-17 推薦工作條件：最小額定最大單位電源電壓VCC4.7555.25V輸入高電平電壓ViH2V輸入低電平電壓ViL0.8V輸入高電平電流IOH-2.6mA輸入低電平電流IOL24mA脈沖寬度tWCP(H)15nsCP(L)15保持時(shí)間tHD0ns建立時(shí)間tsetD20ns表3-18 動態(tài)特性(TA=25)參數(shù)2測試條件最小最大單位fmaxVcc=5V RL=667歐姆CL=45pF75MHZtPLHCP到028nstPHL28tPZHOE到O0O728nstPZL28tPHZOE到O0O7CL=5pF20nstPLZ251: 測試條件中的“最小”和“最大”用推薦工作條件中的相應(yīng)值。動態(tài)特性(TA=25)：2 tPLH輸出由低到高傳輸延遲時(shí)間 tPHL輸出由高到低傳輸延遲時(shí)間 tPZH輸出由高阻態(tài)到高允許時(shí)間 tPZL輸出由高阻態(tài)到低允許時(shí)間 tPHZ輸出由高到高阻態(tài)禁止時(shí)間 tPLZ輸出由低到高阻態(tài)禁止時(shí)間表3-19 靜態(tài)特性（TA為工作環(huán)境溫度范圍）參數(shù)測