鍋爐水位儀設(shè)計

內(nèi)容提要本文主要設(shè)計了一種基于單片機的鍋爐液位控制系統(tǒng)，它以AT89S51單片機作為核心控制器，通過AT89S51單片機，電位器式傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)碼管顯示等硬件系統(tǒng)和軟件設(shè)計方法實現(xiàn)具有液位檢測報警和控制雙重功能.本系統(tǒng)在設(shè)計中主要有水位檢測、按鍵控制、水位控制、顯示部分、故障報警等幾部分組成來實現(xiàn)液位控制。主要用液位傳感器檢測液位，用三個控制按鍵來實現(xiàn)按健控制，用三位7段LED顯示器來完成顯示部分，用MOC3041雙向可控硅來控制水泵的開關(guān)，用壓力傳感器檢測鍋爐內(nèi)部壓力，并且通過模數(shù)轉(zhuǎn)換把這些信號送入單片機中。把這些信號與單片機中內(nèi)部設(shè)定的值相比，以判斷單片機是否需要進行相應(yīng)的操作，即是否需要開啟水泵，來實現(xiàn)對液位的控制,從而實現(xiàn)單片機自動控制液位的目的。本設(shè)計用單片機控制易于實現(xiàn)鍋爐液位、溫度和壓力的控制,而且有造價低、程序易于調(diào)試、一部分出現(xiàn)故障不會影響其他部分的工作、維修方便等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：AT89S51單片機,液位控制，顯示，報警目錄第一章緒論...............................................................41.1鍋爐液位控制的背景.................................錯誤！未定義書簽。1.2鍋爐液位控制國內(nèi)外發(fā)展概況.........................錯誤！未定義書簽。1.2.1國內(nèi)發(fā)展概況.................................錯誤！未定義書簽。1.2.2國外發(fā)展概況.................................錯誤！未定義書簽。1.3本課題研究目的及意義................................................41.4系統(tǒng)簡介...........................................................4第二章.主要芯片介紹........................................................62.1單片機STC89C52介紹.................................................62.1.1STC89C52單片機的外部引腳說明.................................62.1.2STC89C52RC單片機的中斷系統(tǒng)...................................62.1.3選擇使用STC89C52RC的原因.....................................82.2芯片74LS164介紹...................................................102.2.174LS164的引腳圖及引腳功能：.................................112.2.274LS164的內(nèi)部功能圖........................................112.2.374LS164的真值表.............................................122.2.474LS164有如下特點：.........................................122.3模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D0809.................................................132.3.1ADC0809的邏輯結(jié)構(gòu)...........................................132.3.2ADC0809的通道選擇...........................................132.3.3ADC0809的引腳圖及各引腳作用.................................142.4溫度傳感器DS18B20.................................................152.4.1DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳圖...................................152.4.2DS18B20技術(shù)性能描述.......................................162.4.3DS18B20的溫度處理過程.......................................172.5LED數(shù)碼管顯示...................................................192.5.1LED數(shù)碼管顯示器的結(jié)構(gòu).....................................192.5.2LED數(shù)碼管顯示器的顯示段碼...................................192.5.3LED顯示器的參數(shù)............................................21第三章．鍋爐液位控制的硬件設(shè)計............................錯誤！未定義書簽。3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計的總體方案及框圖.......................錯誤！未定義書簽。3.1.1系統(tǒng)硬件設(shè)計總體方案.........................錯誤！未定義書簽。3.1.2系統(tǒng)設(shè)計的總體框圖...........................錯誤！未定義書簽。3.2鍵盤控制電路設(shè)計..................................錯誤！未定義書簽。3.3復(fù)位電路設(shè)計......................................錯誤！未定義書簽。3.4顯示電路的設(shè)計....................................錯誤！未定義書簽。3.4.1靜態(tài)顯示.....................................錯誤！未定義書簽。3.4.2動態(tài)顯示.....................................錯誤！未定義書簽。3.4.3該設(shè)計中顯示電路的選擇.......................錯誤！未定義書簽。3.5液位控制電路的設(shè)計................................錯誤！未定義書簽。3.5.1液位控制電路的工作原理及液位控制狀態(tài)圖.......錯誤！未定義書簽。3.5.2液位控制的控制電路...........................錯誤！未定義書簽。3.5.3液位控制中的“虛假水位”.....................錯誤！未定義書簽。3.6測溫電路及溫度傳感器的選擇........................錯誤！未定義書簽。3.6.1溫度傳感器的選擇.............................錯誤！未定義書簽。3.6.2溫度檢測電路.................................錯誤！未定義書簽。第四章.軟件設(shè)計及試驗運行結(jié)果和討論.......................錯誤！未定義書簽。4.1系統(tǒng)的軟件設(shè)計....................................錯誤！未定義書簽。4.2試驗調(diào)試及運行結(jié)果.................................錯誤！未定義書簽。4.2.1硬件調(diào)試.....................................錯誤！未定義書簽。4.2.2軟件調(diào)試.....................................錯誤！未定義書簽。4.2.3軟硬件實時調(diào)試...............................錯誤！未定義書簽。4.2.4系統(tǒng)實際調(diào)試結(jié)果.............................錯誤！未定義書簽。4.3試驗中遇到的問題及討論.............................錯誤！未定義書簽。論文小結(jié)..................................................錯誤！未定義書簽。致謝......................................................錯誤！未定義書簽。參考文獻..................................................錯誤！未定義書簽。附錄一設(shè)計程序清單.....................................錯誤！未定義書簽。附錄二電路原理圖.......................................錯誤！未定義書簽。附錄三硬件實物圖.......................................錯誤！未定義書簽。第一章緒論1.1本課題研究目的及意義在現(xiàn)代社會中，隨著工業(yè)的發(fā)展，居民生活區(qū)的集中熱力供應(yīng)量的需求也越來越大，蒸汽鍋爐的容量不斷提高，對操作過程要求更加嚴格，鍋爐的液位控制直接影響人們自身和設(shè)備的安全。液位過低可能使鍋爐出現(xiàn)干燒現(xiàn)象，液位過高又會使鍋爐蒸汽壓力過高，發(fā)生危險，傳統(tǒng)的液位控制不能進行遠距離的集中控制，自動化程度低，調(diào)節(jié)精度差等缺點，且單靠人工操作已不能適應(yīng)，控制系統(tǒng)改造的必要性隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步,被控對象越來越復(fù)雜,人們對控制精度的要求不斷提高。由于被控對象和過程的非線性、時變性,多參數(shù)間的強耦合、隨機干擾等因素,使得建立被控對象的精確數(shù)學(xué)模型變得很困難。在這些復(fù)雜的系統(tǒng)面前,傳統(tǒng)的控制方法無法滿足控制精度,而且系統(tǒng)穩(wěn)定性差。更好地對鍋爐進行自動化控制，同時隨著單片機技術(shù)，自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，利用單片機及其外圍芯片實現(xiàn)鍋爐液位控制已經(jīng)成為可能，而且也成為一種發(fā)展的趨勢，單片機不僅有體積小，安裝方便，功能較齊全等優(yōu)點，而且有很高的性價比，因此應(yīng)用前景廣，同時有助于發(fā)現(xiàn)可能存在的故障，通過微機實現(xiàn)燃燒與給水系統(tǒng)的自動控制與調(diào)節(jié)，將保證鍋爐正常供氣供水，維持穩(wěn)定系統(tǒng)，保證安全經(jīng)濟運行。本文即是用單片現(xiàn)的一種鍋其有較高的實用價值和優(yōu)越性。1.4系統(tǒng)簡介本課題的研究對象為鍋爐的液位，對其液位進行控制?；舅枷胧且訟T89S51作為控制器，通過AT89S51單片機，電位器式傳感器（DS18B20）和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC0809）等硬件系統(tǒng)和軟件設(shè)計方法實現(xiàn)具有液位報警和控制的雙重功能，同時也具有壓力和溫度顯示控制的功能,并對溫度和壓力值交替進行顯示。系統(tǒng)硬件設(shè)計包括以下幾部分：AT89S51芯片為核心控制器，液位數(shù)據(jù)采集，鍵盤顯示部分、A/D變換部分、報警部分、液位控制等部分組成?？蓪崿F(xiàn)的具體功能如下：（1）當液位低至給定的下限液位時，啟動水泵對鍋爐進行加水，同時水泵工作狀態(tài)指示燈亮2個，表明水泵以中速在加水。（2）當液位高至給定上限的液位時，停止水泵對鍋爐進行加水，水泵工作狀態(tài)指示燈全滅，表明水泵停止工作。（3）當由于某種特殊原因，液位低于下下限水位時，仍沒有啟動水泵進行加水，則達至極低水位時，再次啟動水泵進行加水，并進行報警。（4）當液位高于上上限水位時，停止水泵加水，并進行報警。（5）有消除報警按鈕，當有報警時操作人員在知道的情況下可以按下其其消除報警并去做相應(yīng)的處理工作。（6）有緊急停止按鈕，在遇到緊急情況時可以停止系統(tǒng)的運行。（7）采用雙向可控硅來控制水泵的開與關(guān)，比電機控制簡單。（實際設(shè)計中用三個發(fā)光二極管來表示水泵的開度，即流量。）第二章.主要芯片介紹2.1AT89S51單片機介紹AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元，AT89S51在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。2.1.1AT89S51單片機的外部引腳說明AT89S51單片機有40個引腳，采用雙列直插（DIP）方式封裝，其引腳圖如圖2-1所示。圖2-1AT89S51的管腳圖AT89S51單片機的40個管腳中有2個專用于電源的引腳。2個外接晶體的引腳，4個控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。按引腳功能分為4個部分敘述個引腳的功能。VCC：電源電壓輸入端。GND：電源地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口除了作為普通I/O口，還有第二功能：P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（T0定時器的外部計數(shù)輸入）P3.5T1（T1定時器的外部計數(shù)輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器的寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器的讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。I/O口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。89C51的P0、P1、P2、P3口作為輸入時都是準雙向口。除了P1口外P0、P2、P3口都還有其他的功能。RST：復(fù)位輸入端，高電平有效。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：地址鎖存允許/編程脈沖信號端。當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號，低電平有效。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP：外部程序存儲器訪問允許。當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。2.1.2AT89S51單片機的中斷系統(tǒng)1中斷：程序執(zhí)行過程中，允許外部或內(nèi)部事件通過硬件打斷程序的執(zhí)行，使其轉(zhuǎn)向為處理內(nèi)部事件的中斷服務(wù)程序中去；完成中斷服務(wù)的程序后，CPU繼續(xù)原來被打斷的程序，這樣的過程稱為中斷過程。2中斷源：能產(chǎn)生中斷的外部和內(nèi)部事件。89S51有5個中斷源：(1)INT0：外部中斷0請求，低電平有效。通過P3.2引腳輸入。(2)INT1：外部中斷1請求，低電平有效。通過P3.3引腳輸入。(3)T0：定時器/計數(shù)器0溢出中斷請求。(4)TI：定時器/計數(shù)器1溢出中斷請求。(5)TXD/RXD：串行口中斷請求。當串行口完成一幀數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收時，便請求中斷。每一個中斷源都對應(yīng)一個中斷請求標志位，它們設(shè)置在特殊功能寄存器TCON和SCON中。當這些中斷源請求中斷時，相應(yīng)的標志分別有TCON和SCON中的相應(yīng)位來鎖存。389S51中斷系統(tǒng)有以下4個特殊功能寄存器：（1）定時器控制寄存器TCON（用6位）；（2）串行口控制寄存器SCON（用2位）；（3）中斷允許寄存器IE；（4）中斷優(yōu)先級寄存器IP。其中，TCON和SCON只有一部分用于中斷控制。通過對以上各特殊功能寄存器的各位進行置位或復(fù)位等操作，可實現(xiàn)各種中斷控制功能。4中斷的響應(yīng)過程及中斷矢量地址中斷處理過程可分為3個階段：中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回。89C51的CPU在每個機器周期的S5P2期間順序采樣每個中斷源，CPU在下一個機器周期S6期間按優(yōu)先級順序查詢中斷標志。如查詢到某個中斷標志為1，則將在接下來的機器周期S1期間按優(yōu)先級進行中斷處理。中斷系統(tǒng)通過硬件自動將相應(yīng)的中斷矢量地址裝入PC，以便進入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。表2既是各個中斷源對應(yīng)的中斷矢量地址。中斷服務(wù)程序從矢量地址開始執(zhí)行，一直到返回指令RETI為止。RETI指令的操作一方面告訴中斷系統(tǒng)該中斷服務(wù)程序已執(zhí)行完畢，另一方面把原來壓入堆棧保護斷點地址從棧頂彈出，裝入程序寄存器PC，使程序返回到被中斷的程序斷點處繼續(xù)執(zhí)行。5在編寫中斷服務(wù)程序時應(yīng)注意：（1）在中斷矢量地址單元處存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令（如LJMP××××H），使中斷程序可靈活的安排在64KB程序存儲器的任何空間。（2）在中斷服務(wù)程序中，用戶應(yīng)注意用軟件保護現(xiàn)場，以免中斷返回后丟失原寄存器、累加器中的信息。（3）若要在執(zhí)行當前中斷程序時禁止更高優(yōu)先級中斷，則可先用軟件關(guān)閉CPU中斷或禁止某中斷源中斷，在中斷返回前在開放中斷。2.1.3選擇使用AT89S51的原因AT89S51具有完整的輸入輸出、控制端口、以及內(nèi)部程序存儲空間。與我們通常意義上的微機原理類似，可以通過外接A/D，D/A轉(zhuǎn)換電路及運放芯片實現(xiàn)對傳感器傳送信息的采集，且能夠提供以點陣或LCD液晶及外接按鍵實現(xiàn)人機交互，能對內(nèi)部眾多I/O端口連接步進電機對外圍設(shè)備進行精確操控，具有強大的工控能力。2.2芯片74LS164介紹74LS164是一個串行輸入并行輸出的移位寄存器,并帶有清除端。其中，Q0—Q7為并行輸出端，常用于擴展并行口，A、B為串行數(shù)據(jù)輸入端，CLOCK為時鐘端，CLEAR為清除端。當清除端（CLEAR）為低電平時，輸出端（QA－QH）均為低電平。串行數(shù)據(jù)輸入端（A，B）可控制數(shù)據(jù)。當A、B任意一個為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時鐘端（CLOCK）脈沖上升沿作用下Q0為低電平。當A、B有一個為高電平，則另一個就允許輸入數(shù)據(jù)，并在CLOCK上升沿作用下決定Q0的狀態(tài)。2.2.174LS164的引腳圖及引腳功能：圖2-274LS164的引腳圖CLEAR(9腳):高電平有效,低電平時使所有輸出(Qa～Qh)為低電平。Clock(8腳):上升沿輸出移位，其余狀態(tài)保持。A(1腳)/B(2腳)輸入：邏輯與關(guān)系，即全高為高，見低為低。QA—QH輸出：并行輸出口。2.2.274LS164的內(nèi)部功能圖圖2-374LS164的內(nèi)部功能圖74LS164的內(nèi)部實質(zhì)上是8個SR觸發(fā)器。2.2.374LS164的真值表表2-374LS164的真值表H－高電平L－低電平X－任意電平↑－低到高電平跳變。QA0、QB0、QH0－規(guī)定的穩(wěn)態(tài)條件建立前的電平。QAn、QGn－時鐘最近的↑前的電平2.2.474LS164有如下特點：（1）串行輸入帶鎖存。（2）時鐘輸入,串行輸入帶緩沖。（3）異步清除。（4）最高時鐘頻率可高達36Mhz（5）功耗：10mW/bit（6）74系列工作溫度：0°Cto70°C（7）Vcc最高電壓：7V；輸入最高電壓：7V（8）最大輸出驅(qū)動能力：高電平：－0.4mA低電平：8mA2.3模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D08092.3.1ADC0809的邏輯結(jié)構(gòu)ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，采用CMOS工藝制造。它由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成（見圖2-5）。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。圖2-5ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.3.2ADC0809的通道選擇地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C3個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道的選擇。通道選擇如表2-4所示：表2-4ADC00809的通道選擇2.3.3ADC0809的引腳圖及各引腳作用ADC0809芯片為28引腳雙列直插式封裝，其引腳排列見圖2-6。圖2-6AD0809的管腳圖（1）IN0－IN7：8條模擬量輸入通道。ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。（2）ADDA、ADDB、ADDC：模擬通道地址線。這3根地址線用于對模擬通道進行選擇，其譯碼關(guān)系如表所示，ADDA為低位地址，ADDC為高位地址。（3）ALE:地址鎖存信號。對應(yīng)于ALE上跳沿時，ADDA、ADDB、ADDC地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。（4）START:轉(zhuǎn)換啟動信號。在START信號上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清0；在START下跳沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換。在A/D轉(zhuǎn)換期間，START信號應(yīng)保持低電平。該信號可簡寫為ST。（5）D0~D7:數(shù)據(jù)輸出線。該數(shù)據(jù)輸出線為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)總線直接相連。（6）OE:輸出允許信號。它用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。OE=0時輸出數(shù)據(jù)線呈高阻態(tài)；OE=1時輸出允許。（7）CLK:時鐘信號。ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，通常使用頻率為500kHZ的時鐘信號。（8）EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號。當EOC=0時，表示正在進行轉(zhuǎn)換；EOC=1時，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。實際使用中該狀態(tài)信號既可以作為查詢的狀態(tài)標志，還可以作為中斷請求信號使用。（9）Vef：參考電壓。參考電壓作為逐次逼近的基準，并用來與輸入的模擬信號進行比較。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V、Vref(-)=0)。2.4溫度傳感器DS18B20DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO－92小體積封裝形式；溫度測量范圍為－55℃～＋125℃,可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.0625℃，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個DS18B20可以并聯(lián)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(jié)省大量的引線和邏輯電路。這些特點使DS18B20非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng)。2.4.1DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳圖DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-7所示，主要由4部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。該裝置信號線高的時候，內(nèi)部電容器儲存能量通由1線通信線路給片子供電，而且在低電平期間為片子供電直至下一個高電平的到來重新充電。DS18B20的電源也可以從外部3V-5.5V的電壓得到。圖2-7DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20的管腳排列如圖2-8所示，DQ為數(shù)字信號輸入／輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端。該圖引自《單片機課程設(shè)計實例指導(dǎo)》圖2-8DS18B20的管腳排列2.4.2DS18B20技術(shù)性能描述(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(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。(2)測溫范圍－55℃～＋125℃，固有測溫分辨率0.5℃。(3)支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。(4)工作電源:3～5V/D.C；在使用中不需要任何外圍元件。(5)測量結(jié)果以9～12位數(shù)字量方式串行傳送。(6)適用于DN15～25,DN40～DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫。(7)PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設(shè)備連接。2.4.3DS18B20的溫度處理過程DS18B20的初始化（1）先將數(shù)據(jù)線置高電平“1”。（2）延時（該時間要求的不是很嚴格，但是盡可能的短一點）。（3）數(shù)據(jù)線拉到低電平“0”。（4）延時750微秒（該時間的時間范圍可以從480到960微秒）。（5）數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”。（6）延時等待（如果初始化成功則在15到60毫秒時間之內(nèi)產(chǎn)生一個由DS18B20所返回的低電平“0”。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無限的進行等待，不然會使程序進入死循環(huán)，所以要進行超時控制）。（7）若CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平“0”后，還要做延時，其延時的時間從發(fā)出的高電平算起（第（5）步的時間算起）最少要480微秒。（8）將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1”后結(jié)束。其時序如圖2-9所示：該圖引自《單片微型計算機原理及接口技術(shù)》圖2-9初始化時序DS18B20的寫操作（1）數(shù)據(jù)線先置低電平“0”。（2）延時確定的時間為15微秒。（3）按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）。（4）延時時間為45微秒。（5）將數(shù)據(jù)線拉到高電平。（6）重復(fù)上（1）到（6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。（7）最后將數(shù)據(jù)線拉高。DS18B20的寫操作時序圖如圖2-10所示。該圖引自《單片微型計算機原理及接口技術(shù)》圖2-10寫時序DS18B20的讀操作（1）將數(shù)據(jù)線拉高“1”，延時2微秒。（2）將數(shù)據(jù)線拉低“0”，延時15微秒。（3）將數(shù)據(jù)線拉高“1”，延時15微秒。（4）讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個狀態(tài)位，并進行數(shù)據(jù)處理。（5）延時30微秒。DS18B20的讀操作時序圖如圖2-11所示。該圖引自《單片微型計算機原理及接口技術(shù)》圖2-11讀時序2.5LED數(shù)碼管顯示2.5.1LED數(shù)碼管顯示器的結(jié)構(gòu)LED顯示器是一種由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也可稱為數(shù)碼管。單片機系統(tǒng)中通常使用8段LED數(shù)碼顯示器，其外形及引腳如圖2-12（a）所示，由圖可見8段LED顯示器由8個發(fā)光二極管組成。其中7個長條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形，另一個圓點形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用，通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字，包括A～F在內(nèi)的部分英文字母和小數(shù)點“．”等字樣。HYPERLINK"/retype/zoom/9568e6959b89680202d82566?pn=19&x=0&y=174&raww=5