畢業論文—數字溫度計總體方案設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 址地址是 98H，是一個可以位尋址的寄存器，作用就是監視和控制51芯片串行口的工作狀態。 51芯片的串口可以工作在幾個不同的工作模式下，其工作模式的設置就是使用 SCON寄存器。它的各個位的具體定義 11 如下： SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SM0、 SM1為串行口工作模式設置位，這樣兩位可以對應進行四種模式的設置。串行口工作模式設置。 SM0、 SM1模式功能波特率 0 0 0 同步移位寄存器 fosc/12 0 1 1 8位 UART可變 1 0 2 9位 UARTfosc/32或 fosc/64 1 1 3 9位 UART可變 SM2在模式 模式 3中為多處理機通信使能位。在模式 0中要求該位為 0。 REM為允許接收位， REM置 1時串口允許接收，置 0時禁止接收。 REM是由軟件置位或清零。如果在一個電路中接收和發送引腳 , 都和上位機相連，在軟件上有串口中斷處理程序，當要求在處理某個子程序時不允許串口被上位機來的控制字符產生中斷，那么可以在這個子程序的開始處加入 REM=0來禁止接收，在子程序結束處加入 REM=1再次打開串口 接收。大家也可以用上面的實際源碼加入 REM=0來進行實驗。 TB8發送數據位 8，在模式 2和 3是要發送的第 9位。該位可以用軟件根據需要置位或清除，通常這位在通信協議中做奇偶位，在多處理機通信中這一位則用于表示是地址幀還是數據幀。 RB8接收數據位 8，在模式 2和 3是已接收數據的第 9位。該位可能是奇偶位，地址 /數據標識位。在模式 0中， RB8為保留位沒有被使用。在模式1中，當 SM2=0， RB8是已接收數據的停止位。 TI發送中斷標識位。在模式 0，發送完第 8位數據時，由硬件置位。其它模式中則是在發送停止位之初， 由硬件置位。 TI置位后，申請中斷， 12 CPU響應中斷后，發送下一幀數據。在任何模式下， TI都必須由軟件來清除，也就是說在數據寫入到 SBUF后，硬件發送數據，中斷響應（如中斷打開），這時 TI=1，表明發送已完成， TI不會由硬件清除，所以這時必須用軟件對其清零。 RI接收中斷標識位。在模式 0，接收第 8 位結束時，由硬件置位。其它模式中則是在接收停止位的半中間，由硬件置位。 RI=1，申請中斷，要求 CPU取走數據。但在模式 1中， SM2=1時，當未收到有效的停止位，則不會對 RI置位。同樣 RI也必須要靠軟件清除。常用的串 口模式 1是傳輸 10 個位的， 1位起始位為 0,8位數據位，低位在先， 1位停止位為 1。它的波特率是可變的，其速率是取決于定時器 1或定時器 2的定時值（溢出速率）。 溫度傳感器的選擇 由于傳統的熱敏電阻等測溫元件測出的一般都是電壓，再轉換成對應的溫 度，需要比較多的外部元件支持，且硬件電路復雜，制作成本相對較高 ,處理電路復雜、可靠性相對較 差， DS18B20是一線制數字溫度傳感器 ,它可將溫度信號直接轉換成串行數字信號送給微處理器 ,電路簡單 ,成本低 , 因此 這里采用 DALLAS公司的數字溫度傳感器 DS18B20作為 測溫元件。 溫度傳感器 DS18B20簡介 DALLAS最新單線數字溫度傳感器 DS18B20是一種新型的“一線器件”，其體積更小、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經濟。 DALLAS半導體公司的數字化溫度傳感器 DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。溫度測量范圍為 55～ +125攝氏度，可編程為 9位～ 12位轉換精度，測溫分辨率可達 ，分辨率設定參數以及用戶設定的報警溫度存儲在 EEPROM中，掉電后依然保存。被測溫度用 13 符號擴展的 16位數字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠端引入，也可以采用寄生電源方式產生；多個 DS18B20可以并聯到 3根或 2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多 DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節省大量的引線和邏輯電路。 因此用它來組成一個測溫系統，具有線路簡單，在一根通信線，可以 掛 很 多 這 樣 的 數 字 溫 度 計 ， 十 分 方 便 。 外形圖如圖 。 圖 DS18B20內部結構主要由四部分組成： 64位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發的溫度報警觸發器 TH和 TL、配置寄存器 ，內部結構如 。DS18B20的管腳排列、各種封裝形式如圖 ， DQ為 數據輸入 /輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源 ； GND為 地信號 ； VDD為 可選擇的 VDD引腳 ， 當工作于寄生電源時，此引腳必須接地 ， 其電路圖 。 圖 DS18B20內部結構圖 14 圖 外部封裝形式 圖 傳感器電路圖 溫度傳感器 DS18B20的性能特點 （ 1） 獨特的單線接口方式， DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與 DS18B20的雙向通訊 （ 2） DS18B20支持多點組網功能，多個 DS18B20可以并聯在唯一的三線上，實現組網多點測溫 （ 3） DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內 （ 4） 適應電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方 式下可由數據線供電 （ 5） 溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 時精度為 177。 ℃ 15 （ 6） 零待機功耗 （ 7） 可編程的分辨率為 9～ 12位，對應的可分辨溫度分別為 ℃ 、℃ 、 ℃ 和 ℃ ，可實現高精度測溫 （ 8） 在 9位分辨率時最多在 ， 12位分辨率時最多在 750ms內把溫度值轉換為數字，速度更快 （ 9） 測量結果直接輸出數字溫度信號，以 “ 一線總線 ” 串行傳送給CPU，同時可傳送 CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 （ 10） 負電壓特性，電源極性接反時， 溫度計不會因發熱而燒毀，但不能正常工作 溫度傳感器 DS18B20的工作原理 DS18B20測溫原理如圖 。圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數器 1。高溫度系數晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產生的信號作為計數器 2的脈沖輸入。計數器 1和溫度寄存器被預置在－ 55℃ 所對應的一個基數值。計數器 1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當計數器 1的預置值減到 0時，溫度寄存器的值將加 1，計數器 1的預置將重新被裝入，計數器 1重新開始對低溫度系數晶振產生 的脈沖信號進行計數，如此循環直到計數器 2計數到 0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。圖 線性，其輸出用于修正計數器 1的預置值。 16 圖 DS18B20測溫原理圖 由表 1可見， DS18B20溫度轉換的 時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數據轉換時間越長。因此 在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。 高速暫存 RAM的第 8字節保留未用，表現為全邏輯 1， 第 9字節讀出 前面所有 8字節的 CRC碼，可用來檢驗數據，從而保證通信數據的正確性。 當 DS18B20接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換。轉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 2字節。單片機可以通過單線接口讀出該數據，讀數據時低位在先 高位在后，數據格式以 ℃／ LSB形式表示。 當符號位 S=0時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉換為十進制；當符號位 S=1時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數值。表 2是一部分溫度值對應的二進制溫度數據。 低溫度系數晶振 高溫度系數晶振 預 置 斜 率 累 加 器 比 較 計 數 器 1 溫 度 寄 存 器 預 置 計 數 器 2 = 0 = 0 停 止 加 1 LSB 置位 /清除 17 表 1 BS18B20溫度轉換時間表 R1 R0 分辨率 溫度最大轉換時 /mm 0 0 9位 0 1 10位 1 0 11位 1 1 12位 DS18B20完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與 RAM中的 TH、 TL字節內容作比較。若 T＞ TH或 T＜ TL，則將該器件內的報警標志位置位，并對主機發出的報警搜索命令作出響應。因此，可用多只 DS18B20同時測量溫度并進行報警搜索。 在 64位 ROM的最高有效字節中存儲有循環冗余檢驗碼（ CRC）。主機ROM的 前 56位來計算 CRC值，并和存入 DS18B20的 CRC值作比較，以判斷主機收到的 ROM數據是否正確。 表 3 一部分溫度對應值表 溫度 /℃ 二進制表示 十六進制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 010