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基于DS18B20的單總線數字溫度計論文.doc

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?1 前言在日常生活及工農業生產中,經常要用到溫度的檢測及控制,傳統的測溫元件有熱電偶和熱電阻。而熱電偶和熱電阻測出的一般都是電壓,再轉換成對應的溫度,需要比較多的外部硬件支持。其缺點如下:硬件電路復雜;軟件調試復雜;制作成本高。針對以上問題,采用一種改進型智能溫度傳感器作為檢測元件,測溫圍為-55~+125 ℃,最高分辨率可達0.0625℃,誤差 +0.5℃以。數字溫度計傳感器可以直接讀出被測溫度值,而且采用三線制與單片機相連,減少了外部的硬件電路,具有低成本和易使用的特點。 本數字溫度計設計采用一種改進型智能溫度傳感器作為檢測元件,測溫圍為-55~125 ℃,最高分辨率可達0.0625℃,誤差 +0.5℃以。而傳統的溫度計,如熱電偶和熱電阻測出的一般都是電壓,再轉換成對應的溫度,需要比較多的外部硬件支持。硬件電路復雜,軟件調試困難,制作成本高等缺點都給科技、工業、農業等諸多領域帶來許多問題,尤其在生物學,珊瑚以其獨特的生物學及生態學特性成為研究熱帶海洋環境的重要信息載體.闡明了珊瑚微量元素Sr/Ca、Mg/Ca溫度計的建立基礎、測定方法、研究成果、環境意義、爭論問題及進一步研究的設想.多種海表溫度計的對比研究,為現代和古海洋環境的重建、探索氣候的變率與特征事件(冷暖、旱澇、ENSO等)的關聯以及為預測未來氣候變化的趨勢提供科學的判據。因此,鑒于以上問題主要設計測溫圍為-55~125 ℃,精度為0.1℃的數字溫度計。2 系統硬件的設計本數字溫度計設計采用美國DALLAS半導體公司繼DS18B20之后推出的一種改進型智能溫度傳感器DS18B20作為檢測元件,測溫圍為-55~+125 ℃,最高分辨率可達0.0625℃. DS18B20可以直接讀出被測溫度值,而且采用三線制與單片機相連,減少了外部的硬件電路,具有低成本和易使用的特點。按照系統設計的功能和要求,確定系統由3個模塊組成:主控制器,測溫電路和顯示電路[1]。AT89C2051主控制器數字溫度計總體電路結構框圖如圖1.1所示。顯示電路圖1.1數字溫度計總體電路結構框圖DS18B20掃描驅動設計要求: 測溫圍 -55~~+125 ℃;誤差 +0.5℃以;采用LED數碼管直讀顯示。溫度計設計原理圖如圖所示,控制器使用單片機AT89C2051,溫度傳感器使用DS18B20,用4位共陽LED數碼管以動態掃描法實現溫度顯示。(電路圖見附錄)。2.1 主控制器單片機AT89C2051具有低電壓供電和小體積等特點,兩個端口剛好滿足電路系統的設計需要,很適合便攜手持式產品的設計使用。系統可用兩節電池供電。主電路圖如2.1所示。圖2.1主電路圖2.2 顯示電路顯示電路采用4位共陽LED數碼管,從P1口輸出段碼,列掃描用P3.0~P3.3來實現,列驅動用9012三極管。顯示電路圖如2.2所示。圖2.2顯示電路圖2.3 溫度傳感器工作原理2.3.1 DS18B20的性能特點DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統的熱敏電阻等測溫元件相比,它能直接讀出被測溫度,并且可根據實際要求通過簡單的編程實現9~12位的數字值讀取方式。DS18B20的性能特點如下: 獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信; 多個DS18B20可以并聯在惟一的三線上,實現多點組網功能; 無須外部器件;可通過數據線供電,電壓圍為3.0~5.5V; 零待機功耗;溫度以9或12位數字;用戶可定義報警設置;報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度(溫度報警條件)的器件;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[2]。 2.3.2 DS18B20原理DS18B20 采用3 腳PR-35 封裝或8 腳SOIC 封裝,管腳排列如圖2.3所示。圖中GND 為地,DQ 為數據輸入/輸出端(即單線總線),該腳為漏極開路輸出,常態下呈高電平,Vcc 是外部+5V 電源端,不用時應接地,NC 為空腳。圖2.3 DS18B20的外部結構DS18B20部主要包括寄生電源、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,用于存儲用戶設定的溫度上下限值的TH 和TL 解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,部結構如圖2.4。64位ROM 和 單線接口 高速緩存存儲器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發器TH低溫觸發器TL配置寄存器8位CRC發生器圖2.4 DS18B20的部結構 寄生電源由二極管VD1、VD2 和寄生電容C 組成,電源檢測電路用于判定供電方式,寄生電源供電時,VDD 端接地,器件從單線總線上獲取電源,在DQ 線呈低電平時,改由C上的電壓Vcc繼續向器件供電。該寄生電源有兩個優點:第一,檢測遠程溫度時無需本地電源;第二,缺少正常電源時也能讀ROM。若采用外部電源VDD,則通過VD2 向器件供電。光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的,它可以看作是該DS18B20的地址序列碼,如表2.1所示。開始8位(28H)是產品類型標號,接著的48位是DS18B20自身的序列號,最后8位是前面56位的循環冗余校驗碼(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同,這樣就可以實現一根總線上掛接多個DS18B20的目的。主機操作ROM 的命令有五種,如表2.1 所示。 8-BIT CRC 48-BIT SERLAL NUMBER 8-BIT FAMILY CODE(28H)MSB LSB MSB LSB MSB LSB表2.1 64 位ROM 的結構表2.2 DS18B20的ROM命令指令說明讀ROM(33H)讀DS1820的序列號匹配ROM(55H)繼讀完64位序列號的一個命令,用于多個DS18B20時定位跳過ROM(CCH)此命令執行后的存儲器操作將針對在線的所有DS1820搜ROM(F0H)識別總線上各器件的編碼,為操作各器件作好準備報警搜索(ECH)僅溫度越限的器件對此命令作出響應 DS18B20 測量溫度時使用特有的溫度測量技術。其部的低溫度系數振蕩器能產生穩定的頻率信號f0,高溫度系數振蕩器則將被測溫度轉換成頻率信號f。當計數門打開時,DS18B20 對f0 計數,計數門開通時間由高溫度系數振蕩器決定。芯片部還有斜率累加器,可對頻率的非線性予以被償。測量結果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應為9 位(符號點1位),但因符號位擴展成高8 位,故以16 位被碼形式讀出,表2.3 給出了溫度和數字量的關系。表2.3 DS1820 溫度數字對應關系表 TEMPERATURE DIGITAL OUTPUT (Binary) DI。省略部分。微軟總裁兼首席軟件設計師比爾。蓋茨所説:“通向最高管理層的最迅捷的途徑,是主動承擔別人都不愿意接手的工作,并在其中展示你出眾的創造力和解決問題的能力?!?把問題想透徹 把問題想透徹,是一種很好的思維品質。只要把問題想透徹了,才能找到問題到底是什么,才能找到解決問題最有效的手段。 不找借口 美國成功學家格蘭特納說過這樣的話:“如果你有為自己系鞋帶的能力,你就有上天摘星星的機會!”一個人對待生活和工作是否負責是決定他能否成功的關鍵。一名高效能人士不會到處為自己找借口,開脫責任;相反,無倫出現什么情況,他都會自覺主動地將自己的任務執行到底。 要事第一 創設遍及全美的事務公司的亨瑞。杜哈提說,不論他出多小兩種能力是:第一,能思想;第二,能按事情的重要程度來做事。因此,在工作中,如果我們不能選擇正確的事情去做,那么唯一正確的事情就是停止手頭上的事情,直到發現正確的事情為止。 運假公濟私,那么你要嘗試學習如何與不同的人相處,提高自己化 能人士的50個習慣 在行動前設定目標 有目標未必能夠成功,但沒有目標的肯定不能成功。著名的效率提升大師博思.西説:“成功就是目標的達成,其他都是這句話的注釋?!爆F實中那些頂尖的成功人士不是成功了才設定目標,而是設定了目標才成功。 一次做好一件事 著名的效率提升大師博思.西有一個著名的論斷:“一次做好一件事的人比同時涉獵多個領域的人要好得多?!备惶m克林將自己一生的成就歸功于對“在一定時期不遺余力地做一件事”這一信條的實踐。 培養重點思維 從重點問題突破,是高效能人士思考的一項重要習慣。如果一個人沒有重點地思考,就等于無主要目標,做事的效率必然會十分低下。相反,如果他抓住了主要矛盾,解決問題就變得容易多了。 發現問題關鍵 在許多領導者看來,高效能人士應當具備的最重要的能力就是發現問題關鍵能力,因為這是通向問題解決的必經之路。正如微軟總裁兼首席軟件設計師比爾。蓋茨所説:“通向最高管理層的最迅捷的途徑,是主動承擔別人都不愿意接手的工作,并在其中展示你出眾的創造力和解決問題的能力?!?把問題想透徹 把問題想透徹,是一種很好的思維品質。只要把問題想透徹了,才能找到問題到底是什么,才能找到解決問題最有效的手段。 不找借口 美國成功學家格蘭特納說過這樣的話:“如果你有為自己系鞋帶的能力,你就有上天摘星星的機會!”一個人對待生活和工作是否負責是決定他能否成功的關鍵。一名高效能人士不會到處為自己找借口,開脫責任;相反,無倫出現什么情況,他都會自覺主動地將自己的任務執行到底。 要事第一 創設遍及全美的事務公司的亨瑞。杜哈提說,不論他出多小兩種能力是:第一,能思想;第二,能按事情的重要程度來做事。因此,在工作中,如果我們不能選擇正確的事情去做,那么唯一正確的事情就是停止手頭上的事情,直到發現正確的事情為止。 運假公濟私,那么你要嘗試學習如何與不同的人相處,提高自己化 能人士的50個習慣 在行動前設定目標 有目標未必能夠成功,但沒有目標的肯定不能成功。著名的效率提升大師博思.西説:“成功就是目標的達成,其他都是這句話的注釋?!爆F實中那些頂尖的成功人士不是成功了才設定目標,而是設定了目標才成功。 一次做好一件事 著名的效率提升大師博思.西有一個著名的論斷:“一次做好一件事的人比同時涉獵多個領域的人要好得多?!备惶m克林將自己一生的成就歸功于對“在一定時期不遺余力地做一件事”這一信條的實踐。 培養重點思維 從重點問題突破,是高效能人士思考的一項重要習慣。如果一個人沒有重點地思考,就等于無主要目標,做事的效率必然會十分低下。相反,如果他抓住了主要矛盾,解決問題就變得容易多了。 發現問題關鍵 在許多領導者看來,高效能人士應當具備的最重要的能力就是發現問題關鍵能力,因為這是通向問題解決的必經之路。正如微軟總裁兼首席軟件設計師比爾。蓋茨所説:“通向最高管理層的最迅捷的途徑,是主動承擔別人都不愿意接手的工作,并在其中展示你出眾的創造力和解決問題的能力?!?把問題想透徹 把問題想透徹,是一種很好的思維品質。只要把問題想透徹了,才能找到問題到底是什么,才能找到解決問題最有效的手段。 不找借口 美國成功學家格蘭特納說過這樣的話:“如果你有為自己系鞋帶的能力,你就有上天摘星星的機會!”一個人對待生活和工作是否負責是決定他能否成功的關鍵。一名高效能人士不會到處為自己找借口,開脫責任;相反,無倫出現什么情況,他都會自覺主動地將自己的任務執行到底。 要事第一 創設遍及全美的事務公司的亨瑞。杜哈提說,不論他出多小兩種能力是:第一,能思想;第二,能按事情的重要程度來做事。因此,在工作中,如果我們不能選擇正確的事情去做,那么唯一正確的事情就是停止手頭上的事情,直到發現正確的事情為止。 運假公濟私,那么你要嘗試學習如何與不同的人相處,提高自己化 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