電子溫度計的設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 的問題，使用方便．（2） DS18B20能提供9到12位溫度讀數，精度高，且其信息傳輸只需 1根信號線，陜西國防學院電子工程系畢業論文 9與計算機接口十分簡便，讀寫及溫度變換的功率來自于數據線而不需額外的電源．（3） 每一個DS18B20 都有一個惟一的序列號，這就允許多個 DS18B20連接到同一總線上．尤其適合于多點溫度檢測系統．（4） 負壓特性：當電源極性接反時，DS18B20雖然不能正常工作，但不會因發熱而燒毀 正是由于具有以上特點，DS18B20在解決各種誤差、可靠性和實現系統優化等方面與傳統各種溫度傳感器相比，有無可比擬的優越性，因而廣泛應用于過程控制、環境控制、建筑物、機器設備中的溫度檢測。 DS18B20 與單片機的典型接口設計DS18B20測溫系統具有測溫系統簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優點。Dsl8B20與單片機的硬件連接有兩種方法：一是Vcc接外部電源，GND接地，I/0 與單片機的I/0線相連；二是用寄生電源供電，此時,~UDD和GND接地，I/0 接單片機I/0。無論是哪種供電方式，I/0口線都要接4．7k Q左右的上拉電阻。圖4給出了DSl8B20與微處理器的典型連接。（1） DS18B20寄生電源供電方式：如下面圖23(a) 所示，在寄生電源供電方式下，DS18B20從單線信號線上汲取能量：在信號線DQ處于高電平期間把能量儲存在內部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。獨特的寄生電源方式有三個好處：1）進行遠距離測溫時，無需本地電源2）可以在沒有常規電源的條件下讀取ROM3）電路更加簡潔，僅用一根I/O口實現測溫要想使DS18B20進行精確的溫度轉換，I/O線必須保證在溫度轉換期間提供足夠的能量，由于每個DS18B20在溫度轉換期間工作電流達到1mA，當幾個溫度傳感器掛在同一根I/O線上進行多點測溫時，會造成無法轉換溫度或溫度誤差極大。因此，該電路只適應于單一溫度傳感器測溫情況下使用，不適宜采用電池供電系統中。并且工作電源VCC 必須保證在 5V，當電源電壓下降時，寄生電源能夠汲取的能量也降低，會使溫度誤差變大。（2） DS18B20寄生電源強上拉供電方式： 改進的寄生電源供電方式如下面圖 23(b)所示，為了使 DS18B20 在動態轉換周期中獲得足夠的電流供應，當進行溫度轉換或拷貝到 E2 存儲器操作時，用 MOSFET 把 I/O 線陜西國防學院電子工程系畢業論文 10直接拉到 VCC 就可提供足夠的電流，在發出任何涉及到拷貝到 E2 存儲器或啟動溫度轉換的指令后，必須在最多 10μS內把 I/O 線轉換到強上拉狀態。在強上拉方式下可以解決電流供應不走的問題，因此也適合于多點測溫應用，缺點就是要多占用一根 I/O 口線進行強上拉切換。（3） DS18B20 的外部電源供電方式：如下面圖23(c) 所示，在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD 引腳接入，其VDD 端用3～5．5V電源供電，此時I/O線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉換精度，同時在總線上理論可以掛接任意多個DS18B20傳感器，組成多點測溫系統。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND 引腳不能懸空，否則不能轉換溫度，讀取的溫度總是85℃ 。 （a）DS18B20寄生電源供電方式 （b）DS18B20外部電源供電方式 (c) DS18B20溫度轉換期間的強上拉供電（寄生電源方式）圖23 DS18B20 的內部結構主要包括寄生電源、溫度傳感器、64 位激光 ROM 單線接口、存放中間數據的高速暫存器( 內含便箋式 RAM)，用于存儲用戶設定的溫度上下限值的 TH 和 TL 觸發器存儲與控制邏輯、8 位循環冗余校驗碼(CRC)發生器等七部分。64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8 位是產品類型標號，接著的 48 位是該 DS18B20 自身的序列號，最后 8 位是前面56 位的循環冗余校驗碼。光刻 R0M 的作用是使每一個 DS18B20 都各不相同，這可實現一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的。暫存存儲器包含了 8 個連續字節，前 2 個字節是測得的溫度信息，第 1 個字節的內容是溫度的低 8 位，第 2 個字節是溫度的高 8 位。第3 個和第 4 個字節是 TH、TL 的易失性拷貝，第 5 個字節是結構寄存器的易失性拷貝，這 3 個字節的內容在每一次上電復位時被刷新。第 8 個字節用于內部計算。第 9個字節是冗余檢驗字節。陜西國防學院電子工程系畢業論文 11 DS18B20 的測溫原理高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，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，DS1 8B20測量溫度原理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。在正常測溫情況下，DS18B20 ℃ ，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測量結果：首先用DS18B20 提供的讀暫存器指令(BEH)℃為分辨率的溫度測量結果，然后切去測量結果中的最低有效位(LSB)，得到所測實際溫度的整數部分TZ，然后再用 BEH 指令取計數器1 的計數剩余值CS 和每度計數值CD 。考慮到℃、℃為進位界限的關系，實際溫度TS 可用下式計算：TS=(TZ－℃) ＋(CD－CS)/CD 告警信號：DS18B20 完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與 TH、TL 作比較。若 TTH 或TTL，則將該器件內的告警標志置位，并對主機發出的告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告警搜索。一旦某測溫點越限，主機利用告警搜索命令即可識別正在告警的器件，并讀出其序號，而不必考慮非告警器件。 CRC 的產生：在64 位ROM 的最高有效字節中存有循環冗余校驗碼(CRC)。主機根據ROM 的前56 位來計算CRC 值，并和存入DS18B20 中的CRC 值作比較，以判斷主機收到的ROM 數據是否正確。CRC 的函數表達式為：CRC=X ＋X ＋X ＋1。此外，DS18B20 尚需854依上式為暫存器中的數據來產生一個8位CRC 送給主機，以確保暫存器數據傳送無誤。在本課題中采用五個數字式溫度傳感器DS18B20與單片機89C51連接如下圖陜西國防學院電子工程系畢業論文 12圖24 DS18B20多點溫度測量連接電路圖 DS18B20 使用中注意事項DS18B20 雖然具有測溫系統簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優點，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題：（1） 較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于 DS18B20 與微處理器間采用串行數據傳送，因此，在對 DS18B20 進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果。（2） 在 DS18B20 的有關資料中均未提及單總線上所掛 DS18B20 數量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個 DS18B20，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛 DS18B20超過 8 個時，就需要解決微處理器的總線驅動問題，這一點在進行多點測溫系統設計時要加以注意。（3） 連接 DS18B20 的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過 50m 時，讀取的測溫數據將發生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達 150m，當采用每米絞合次數更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常陜西國防學院電子工程系畢業論文 13通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產生畸變造成的。因此，在用 DS18B20 進行長距離測溫系統設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。（4） 在 DS18B20 測溫程序設計中，向 DS18B20 發出溫度轉換命令后，程序總要等待 DS18B20 的返回信號，一旦某個 DS18B20 接觸不好或斷線，當程序讀該 DS18B20 時，將沒有返回信號，程序進入死循環。這一點在進行 DS18B20 硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。 1602 字符型 LCD 簡介字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數字、符號等點陣式 LCD，目前常用 16*1，16*2，20*2 和 40*2 行等的模塊。 1602LCD 的基本參數及引腳功能1602LCD 分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為 HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖 25 所示：陜西國防學院電子工程系畢業論文 14圖 25 1602LCD 尺寸圖（1）1602LCD 主要技術參數：顯示容量:162 個字符芯片工作電壓:—工作電流:()模塊最佳工作電壓:字符尺寸:(WH)mm引腳功能說明1602LCD 采用標準的 14 腳（無背光）或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表 1所示。表 1 引腳接口說明表編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明1 VSS 電源地 9 D2 數據2 VDD 電源正極 10 D3 數據3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數據4 RS 數據/命令選擇 12 D5 數據5 R/W 讀/寫選擇 13 D6 數據6 E 使能信號 14 D7 數據陜西國防學院電子工程系畢業論文 157 D0 數據 15 BLA 背光源正極8 D1 數據 16 BLK 背光源負極第 1 腳：VSS 為地電源。第 2 腳：VDD 接 5V 正電源。第 3 腳：VL 為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“ 鬼影 ”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調整對比度。第 4 腳：RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第 5 腳：R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS 和R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數據。第 6 腳：E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執行命令。第 7～14 腳：D0～D7 為 8 位雙向數據線。第 15 腳：背光源正極。第 16 腳：背光源負極。 1602LCD 的指令說明及時序1602 液晶模塊內部的控制器共有 11 條控制指令，如表 2 所示。表 2 控制命令表序號 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 光標返回 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 S4 顯示開/關控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B5光標或字符移位0 0 0 0 0 1 S/CR/L* *6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * *7 置字符發生存貯器地址 0 0 0 1 字符發生存貯器地址8 置數據存貯器地址 0 0 1 顯示數據存貯器地址9 讀忙標志或地址 0 1 BF 計數器地址10寫數到 CGRAM 或DDRAM）1 0要寫的數據內容11 從 CGRAM 或 DDRAM 1 1 讀出的數據內容陜西國防學院電子工程系畢業論文 16讀數1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現的。（說明：1 為高電平、0為低電平）指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標復位到地址 00H 位置。指令 2：光標復位，光標返回到地址 00H。指令 3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令 4：顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令 5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令 6：功能設置命令 DL：高電平時為 4 位總線，低電平時為 8 位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示 5x7 的點陣字符，高電平時顯示 5x10 的點陣字符。指令 7：字符發生器 RAM 地址設置。指令 8：DDRAM 地址設置。指令 9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數據，如果為低電平表示不忙。指令 10：寫數據。指令 11：讀數據。與 HD44780（1602LCD 控制芯片）相兼容的芯片時序表如下：表 3 基本操作時序表讀狀態 輸入 RS=L，R/W=H，E=H 輸出 D0—D7=狀態字寫指令 輸入 RS=L，R/W=L，D0—D7=指令碼，E= 高脈沖輸出 無讀數據 輸入