畢業(yè)設計（論文）基于AT89C51單片機的數(shù)字溫度控制系統(tǒng)的硬件設計

1、摘要數(shù)字溫度控制系統(tǒng)的硬件設計摘要單片機系統(tǒng)的開發(fā)應用給現(xiàn)代工業(yè)測控領域帶來了極大的便利，單片機由于其微小的體積和極低的成本，廣泛的應用于家用電器、工業(yè)控制等領域中。在工業(yè)生產中，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“基于單片機的溫度控制系統(tǒng)”的設計及其相關內容?？刂葡到y(tǒng)中引入單片機，可以充分利用單片機在對采集數(shù)據(jù)加以分析并根據(jù)所得結果做出邏輯判斷等方面的能力。 提高整個系統(tǒng)的可靠性。論文首先利用溫度傳感器將被測溫度信號轉換為數(shù)字信號，這一信號經(jīng)單片機處理后。通過一執(zhí)行機構可控硅對加熱源的開關狀態(tài)進行控制。并實現(xiàn)報警及溫度顯示的功能。論文介紹了基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的

2、硬件設計的過程。簡單介紹了背景和總體的設計思路、at89c51單片機的基本知識并對系統(tǒng)設計中所涉及的一些主要的芯片做了簡單的介紹。關鍵詞：單片機；溫度控制；傳感器abstractthe 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

3、 its small 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 intro

4、duced in this 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 temperat

5、ure signal 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

6、of the temperature 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; temperatur

7、e control; sensor目錄目錄前言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總體設計方案2第2章 單片機at89c51的結構和原理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)設計錯誤！未定義書簽。3.1 溫度監(jiān)控電路設計23.1 輸入通道設計23.1 加熱驅動電路設計2第4章 溫度控制系統(tǒng)的器件介紹4.1 溫度傳感器ds18b20結構和原理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

8、與門74ls0824.4 四2輸入或非門74ls022結論錯誤！未定義書簽。致謝錯誤！未定義書簽。參考文獻33附錄1 程序流程圖（1）錯誤！未定義書簽。附錄2 程序流程圖（2）錯誤！未定義書簽。附錄3 電子計價秤前面錯誤！未定義書簽。前言前言數(shù)字式溫度控制系統(tǒng)由單片機、執(zhí)行機構、控制對象和檢測裝置等部分組成，其特點是通過數(shù)字溫度控制傳感器ds18b20實現(xiàn)對溫度的集成了采樣、物理量/模擬量轉換、a/d轉換等，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成溫度檢測系統(tǒng)，在實際應用中取得了良好的測溫效果， 執(zhí)行機構由光電藕合器驅動雙向可控硅，可控硅再對加熱源的開關狀態(tài)進行控制。光電耦合器除了

9、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，具有響應速度快，使用方便、耗電省、成本低等優(yōu)點！以單片機為核心，通過程序內部的運算將轉換好的溫度數(shù)值發(fā)送給led顯示出來。溫度報警系統(tǒng)，通過鍵盤接口設置溫度的上下限數(shù)值，設定完畢后程序會實時查詢當時的環(huán)境溫度是否超出設置的上下限溫度數(shù)值。如果超出會報警或將負載切斷，停止其工作。在現(xiàn)代工業(yè)生產過程中，一般要求處于某一恒定的溫度下進行控制，因此常常要求對溫度進行控制。為實現(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，就需要進行ad轉換，而選用美國dallas公司生產的

10、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換成數(shù)字量，就不需ad轉換電路，簡化了控制電路。在本文設計的一種檢測儀器中，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對金屬底座進行單點測溫，采用單片機at89c51作為控制器，構成一個閉環(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，對溫度進行恒溫控制。35第1章 本課題的研究現(xiàn)狀及意義第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)生產和科研工作中都非常重

11、要。在傳統(tǒng)的模擬信號遠距離溫度測量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補償問題、多點測量切換誤差問題和放大電路零點漂移誤差問題等技術問題，才能夠達到較高的測量精度。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，模擬溫度信號容易受到干擾而產生測量誤差，影響測量精度。模擬器件（熱電耦）體積大、應用復雜、而且不容易實現(xiàn)數(shù)字化等缺點，也阻礙了應用領域的擴展。數(shù)字式溫度測量系統(tǒng)的特點是以微處理器為核心，利用微處理器的控制、運算功能，具有智能化的特點。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，而且便于進行自動控制。所以，數(shù)字式溫度測量電路獲得了廣泛的應用數(shù)字式溫度控制系統(tǒng)

12、由單片機、執(zhí)行機構、控制對象和檢測裝置等部分組成，其特點是通過數(shù)字溫度控制傳感器實現(xiàn)對溫度的集成了采樣、物理量/模擬量轉換、a/d轉換等，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成溫度檢測系統(tǒng)，在實際應用中取得了良好的測溫效果， 執(zhí)行機構由光電藕合器驅動雙向可控硅，可控硅再對加熱源的開關狀態(tài)進行控制。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，具有響應速度快，使用方便、耗電省、成本低等優(yōu)點！以單片機為核心，通過程序內部的運算將轉換好的溫度數(shù)值發(fā)送給led顯示出來。溫度報警系統(tǒng)，通過鍵盤接口設置溫度的上下限數(shù)值，設定完畢后程序會實時查詢當時的環(huán)境溫

13、度是否超出設置的上下限溫度數(shù)值。如果超出會報警或將負載切斷，停止其工作。1.2總體設計方案1.2.1系統(tǒng)的結構原理溫度傳感器將對被測溫度進行采樣和轉換為數(shù)字信號，并將此測量結果送入單片機，單片機將輸入的溫度值與內部指定單元的給定溫度值進行比較，根據(jù)比較結果，通過一個執(zhí)行機構可控硅對加熱源（電阻爐 電熱水壺和燈泡等）的開斷狀態(tài)進行控制。采用簡單的開關控制。本設計系統(tǒng)為硬件部分的設計，包括溫度傳感器、單片機、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，顯示電路的設計。系統(tǒng)的功能實現(xiàn)結構原理圖如下： 鍵盤顯示報警單片機執(zhí)行機構加熱器傳感器 圖1-1 結構原理圖1.2.2 器件選擇本

14、設計在設計過程中主要選取了以下一些器件單片機：at89c51。溫度傳感器：ds18b20。光電耦合器：moc341。雙向可控硅：bta06。8位鎖存器：74ls374。4輸入與門：74ls08。4輸入或非門：74ls02。第2章 電子計價秤第2章 單片機at89c51的結構和原理at89c51是美國atmel公司生產的低電壓、高性能cmos 8位單片機，片內含kb的可反復擦寫的程序存儲器和128b的隨機存儲器（ram），器件采用atmel 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準mcs51指令系統(tǒng)，片內配置通用8位中央處理器（cpu）和flash存儲單元，功能強大的at89c51單片機可靈

15、活應用于各種控制領域。2.1 主要性能參數(shù)與mcs-51產品指令完全兼容 4kb可反復擦寫flash閃速存儲器 1000次擦寫周期 時鐘頻率范圍：0hz24hz 3級加密存儲器 128*8b內部ram 32個可編程i/o接口線 2個16為定時/計數(shù)器 6個中斷源 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提供以下標準功能：4kb的flash閃速存儲器，128b內部ram，32個i/o接口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，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

16、模式?？臻e方式停止cpu的工作，但允許ram、定時/計數(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中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。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)總線復用口。作為輸出口用時，每位能以輸出電流的方式驅動8個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，這組口線分時轉換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在flash編程

17、時，p0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。p1口：p1口是一個帶內部上拉電阻的8為雙向i/o口，p1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（iil）.flash編程和程序校驗期間，p1接受低8位電阻。p2口：p2是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（iil

18、）。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，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，p2口線上的內容（特殊功能寄存器sfr區(qū)中r2寄存器的內容），在整個訪問期間不改變。flash編程或校驗時，p2亦接收高為地址和其他控制信號。p3口：p3口是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向i/o口。p3口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯電路。對p3口寫入“1”時，他們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，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flas

19、h閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。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)p3.2int0(外中斷0）p3.3int1(外中斷1）p3.4t0(定時/計數(shù)器0)p3.5t1(定時/計數(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：復位輸入。當振蕩器工作時，rst引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ale/prog：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，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仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正

20、脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ale脈沖。對flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（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ale才會被激活，此外，該引腳還會微弱被拉高。單片機執(zhí)行外部程序時，應設置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at89c51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次pseny 有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有

21、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）。需注意的是如果加密位lb1被編程，復位時內部會鎖存ea端狀態(tài)。如ea端為高電平（接vcc端）cpu則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。flash存儲器編程時，該引腳加上12v的編程允許電源vpp，當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部時鐘發(fā)生器的輸入端。xtal2：振蕩器反相放大器的輸入端。2.4時鐘振蕩電路at89c51中有一個用于構成內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

22、入端和輸出端。這個放大器作為反饋元件的片外石英晶體諧振器一起構成自激振蕩器，振蕩電路如圖2-2所示。圖2-2 時鐘振蕩電路外接石英晶體諧振蕩及電容c1、c2接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)諧振電路。對外接電容c1、c2雖然沒有十分嚴格的要求，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30pf10pf。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）位來實現(xiàn)。pd是掉電模式，單片機進入掉電工

23、作狀態(tài)，idl是空閑等待狀態(tài)，當idl=1時，激活掉電工作模式，單片機進入睡眠狀態(tài)，如需同時進入兩種工作模式，即pd和idl同時為1，則先激活掉電工作模式。在空閑工作模式狀態(tài)，cpu保持睡眠狀態(tài)而所有片內的外設仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產生。此時，片內ram和所有特殊功能寄存器的內容保持不變。空閑模式可由任何允許的中斷請求或硬件復位終止。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。程序會首先響應中斷，進入中斷服務程序，執(zhí)行完中斷服務程序并緊隨reti（中斷返回）指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機進入空閑模式

24、那條指令后面的一條指令。其二是通過硬件復位也可將空閑工作模式終止。需要注意的是，當由硬件復位來終止空閑工作模式時，cpu通常是從激活空閑模式那條指令的下一條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內部復位操作，硬件復位脈沖要保持兩個機器周期（24個時鐘周期）有效，在這種情況下，內部禁止cpu訪問片內ram，而允許訪問其他端口。為了避免對端口產生意外寫入，激活空閑模式的那條指令后一條指令不應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，進入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內ram和特殊功能寄存器的內容在終止掉電模式前被凍結。推出掉電模式的惟一方法是硬件復位，復位后

25、將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變ram中的內容，在vcc恢復到正常工作電平前，復位應無效，且必須保持一定時間以使振蕩器重啟動并穩(wěn)重工作?？臻e和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部外部內部外部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 labview 編程技

26、術概述第3章 溫度控制系統(tǒng)的器件介紹3.1 溫度傳感器dallas半導體公司生產的數(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”接口芯片獨特而且經(jīng)濟，使戶可以輕松的組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念。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-55c+125c，在-10+85c范圍內,精度為0.5c。ds1822的精度較差為2c?，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、設備或過程控制、

27、測溫類消費電子產品等。與前一代產品不同，新的產品支持3v5.5v的電壓范圍，使系統(tǒng)設計更靈活、方便。而且新一代產品更便宜，體積更小。ds18b20、ds1822的特性ds18b20可以程序設定912位的分辨率，精度為0.5c?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設定，及用戶設定的報警溫度存儲在eeprom中，掉電后依然保存。ds18b20的性能是新一代產品中最好的！性能價格比也非常出色！ds1822與ds18b20軟件兼容，是ds18b20的簡化版本。省略了存儲用戶定義報警溫度、分辨率參數(shù)的eeprom，精度降低為2c，適用于對性能要求不高，成本控制嚴格的應用，是經(jīng)濟型產品。繼“一線

28、總線”的早期產品后，ds1820開辟了溫度傳感器技術的新概念。ds18b20和ds1822使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構建適合自己的經(jīng)濟的測溫系統(tǒng)。3.1.1主要特性ds18xx傳統(tǒng)特性。測量范圍-55c+125c。-10+85c范圍內精度為0.5c（ds1822除外）用戶可自定義的eeprom，設定的報警溫度存在eeprom（ds1822除外）無需外部元件“一線總線”特征獨特的電源和信號復合在一起僅使用一條口線每個芯片惟一編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址簡單的網(wǎng)絡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-55c+125c，在-10+85c范圍內精度為0.5c

29、 可編程分辨率912位，可分辨溫度分別為0.5c、0.25c、0.125c和0.0625c負壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)燒而燒毀，但不能正常工作。溫度轉換時間由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0.5c的溫度計幾乎同步，且回復性很好。每個芯片惟一編碼3.1.2管腳圖及管腳說明1. 管腳圖該系列產品采用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

30、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3.1.3內部功能框圖ds18b20內部功能如圖2-4所示，主要由如下4部分組成。64 bit rom and1-wire portmemory and control logicscratchpadtemperature sensorhigh temperaturelow temperatureconfiguration rfgistf8-bit crc generatorpowersupply sense圖3-3 內部功能框圖64位rom溫度傳感器非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器t

31、h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ds18b20的序列號均不相同。64位循環(huán)冗余校驗碼的特征多項式為crc=x8+x5+x4+1。rom的作用是使每一個ds18b20都不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個ds18b20的目的。ds18b20中的溫度傳感器完成多溫度的測量。高低溫報警觸發(fā)器th和tl、配置寄存器均由一個字節(jié)的eeprom組成，使用一個寄存器功能命令可對th、tl或配置寄存器寫入3.1.4工作特性ds18b20的主要技術參數(shù)如下。輸入通道數(shù)測量精度：-10+85c范圍內基本測量精度5。設定精度：與顯示值一致

32、，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警狀態(tài)指示燈。告警方式：4種告警方式。2點公用告警繼電器輸出。多點控制繼電器輸出（擴展功能）。告警輸出接點容量：ac250v、2a（阻值負載）。電源v0：ac187v242v，耗電量10va以下。電壓v1：dc2028v，耗電量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

33、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-uads18b20的時間特性如表3-4所示表3-4 時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tlow1-1-15us

34、trdv-15ustrsth-480-ustrstl-480-ustpdhigh-15-60ustpdlow-60-240us3.1.5應用介紹1.ds18b20的溫度計算ds18b20中的溫度傳感器完成對溫度的測量，用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/lsb形式表達，其中s為符號位，溫度值和二進制輸出對照表如表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 溫度值和二進制輸出對照表溫度二進制輸出十六進制輸出+1250000 0111 1101 000

35、007d0h+850000 0101 0101 00000550h+25.0650000 0001 1001 00010191h+10.1250000 0000 1010 001000a2h+0.50000 0000 0000 10000008h00000 0000 0000 00000000h-0.51111 1111 1111 1000fff8h-10.1251111 1111 0101 1110ff5eh-25.06251111 1110 0110 1111fe6fh-551111 1100 1001 0000fc90h溫度寄存器的復位值是+85ds18b20的數(shù)據(jù)格式如表3-6所示。表

36、3-6 ds18b20的數(shù)據(jù)格式bitbit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0ls byte232221202-12-22-32-4bit15bit14bit13bit12bit11bit10bit9bit8ms bytesssss262524這是轉化得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18b20的兩個8比特的ram中，二進制中的前面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，即可得到實際溫度。2.ds18b20溫度傳感器的存儲器ds18b20溫度傳感器的內

37、部存儲器包括一個高速暫存ram和一個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和結構寄存器暫存存儲器包含了8個連續(xù)字節(jié)，前兩個字節(jié)是測得的溫度信息，第一個字節(jié)的內容是溫度的低八位，第二個字節(jié)是溫度的高八位。第三個和第四個字節(jié)是th、tl的易失性拷貝，第五個字節(jié)是結構寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內容在每一次上電復位時被刷新。第六、七、八個字節(jié)用于內部計算。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。ds18b20的寄存器在器件內部的分布如表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計數(shù)剩余值6每

38、度計數(shù)值7crc校驗8第五個字節(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，用于設置ds18b20在工作模式還是在測試模式。在ds18b20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動。r1和r0用來設置分辨率（ds18b20出廠時被設置位12位），ds18b20的分辨率設置如表3-8所示。表3-8 分辨率設置表r1r0分辨率溫度最大轉換時間009 位93.75ms0110位187.5 ms1011位375 ms1112位750 ms根據(jù)ds18b20的通訊協(xié)議，主機控制ds18b20完成溫度轉換必須經(jīng)過三個步驟： 每一次讀寫之前都要對ds

39、18b20進行復位。 復位成功后發(fā)送一條rom指令。 最后發(fā)送ram指令。這樣才能對ds18b20進行預定的操作。復位要求主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收到此信號表示復位成功。對rom操作時，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的ds18b20使之做出反應，為下一步對該ds18b20的讀寫做準備搜索rom0f0h用于確定

40、掛接在同一總線上ds18b20的個數(shù)和識別64位rom地址，為操作各器件做好準備跳過rom0cch忽略64位rom地址，直接向ds18b20發(fā)濕度變換命令，適用于單機工作告警搜索命令0ech執(zhí)行后，只有溫度超過設定值上限或下限的片子才做出響應對寄存器操作的代碼表如表3-10所示，表中還包括啟動溫度轉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進行溫度轉換，轉換時間最長為500ms（典型為200 ms），結果存入內部9字節(jié)ram中讀暫存器0beh讀內部ram中9字節(jié)的內容寫暫存器4eh讀內部ram的第3、4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟

41、該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)復制暫存器48h將ram中第3、4字節(jié)內容復制到e2pram中重調e2pram0b8h將e2pram中內容恢復到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ds18b20發(fā)送“0”，外接電源供電ds18b20發(fā)送“1”3.1.6 ds1820使用中注意事項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，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ds1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對ds1820進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法

42、讀取測溫結果。在使用pl/m、c等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時，對ds1820操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。(2)在ds1820的有關資料中均未提及單總線上所掛ds1820數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個ds1820，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛ds1820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(tǒng)設計時要加以注意。(3)連接ds1820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(shù)據(jù)將發(fā)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(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進

43、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ds1820進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。(4)在ds1820測溫程序設計中，向ds1820發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待ds1820的返回信號，一旦某個ds1820接觸不好或斷線，當程序讀該ds1820時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行ds1820硬件連接和軟件設計時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)出足夠強度的紅外光去觸發(fā)輸

44、出部分。輸出部分包括一個硅光敏雙向可控硅和過零觸發(fā)器。在紅外線的作用下，雙向可控硅可雙向導通3-11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輸出驅動截止狀態(tài)時的端電壓vdrm400v峰值重復浪涌電流itdm1a總功耗pd150mw整個器件絕緣電壓viso7500vac(pk)總功耗pd250mw結溫范圍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)是內部器件介質擊穿參數(shù)在這里，腳和腳是公用的，、5和6腳是公用的。3-12 電學特性電學特性符號最小值典型值最

45、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)光二極管兩個方向關閉漏電流idrm12100na導通狀態(tài)下峰值電壓vtm1.83volts靜態(tài)電壓變化率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截止狀態(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、調溫電路、洗衣機、空調等。 1、特點 可

46、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)時的電特性如圖3-13所示：表3-13 電特性參數(shù)名稱符號額定值單位斷態(tài)重復鋒值電壓vdrm600v反向重復鋒值電壓vrrm600v通態(tài)平均電流it（av）6a通態(tài)不重復浪涌電流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)重復峰值電流idrmvdrm=600v；rgk=1k歐姆20ua維持電流ihvd=12v；igt=0.1a20ma

47、關閉電流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

48、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。當三態(tài)允許控制端oe 為低電平時， o0o7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅動負載或總線。當oe 為高電平時，o0o7 呈高阻態(tài)，即不驅動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內部的邏輯操作不受影響。 當時鐘端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400m

49、v。 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 時鐘輸入端 o0o7 輸出端外部管腳圖： 圖3-5 外部管腳圖 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保持時間thd0ns建立時間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值。動態(tài)特性(ta=25)：2 tplh輸出由低到高傳輸延遲時間 tphl輸出由高到低傳輸延遲時間 tpzh輸出由高阻態(tài)到高允許時間 tpzl輸出由