溫度控制報警器

1、成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校開 題 報 告 姓 名 林春波 學(xué) 號 18號 導(dǎo)師姓名 雷婷 職 稱 專 業(yè) 電子信息工程技術(shù) 畢業(yè)設(shè)計方向 題 目 溫度控制報警器 年 月 日溫度控制報警器第一章：序論1.1溫控警報器的原理1.2溫控警報器的廣泛運(yùn)用1.3溫控警報器的主要功能介紹第二章：主要元器件的介紹2.1溫度傳感器的原理2.2溫度傳感器的發(fā)展及運(yùn)用2.3單片機(jī)的選用及其功能介紹2.3.1單片機(jī)引腳介紹2.3.2單片機(jī)工作原理2.4 DS18B20溫度傳感器的介紹2.4.1引腳介紹2.4.2DS19B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.4.3DS18B20的工作原理2.4.4DS18B20的測溫原理2.4.5DS1

2、8B20的ROM命令2.5四位數(shù)碼管工作原理第三章：溫控警報器系統(tǒng)硬件主要模塊3.1單片機(jī)的最小系統(tǒng)3.2溫度采集模塊3.3溫度顯示模塊3.4鍵盤輸入控制模塊3.5輸出報警模塊第四章：單片機(jī)程序設(shè)計4.1溫度采集程序4.2溫度顯示程序4.3鍵盤輸入程序4.4輸出報警程序 總結(jié) 致謝 參考文獻(xiàn) 附錄A 總電路圖 附錄B 元器件清單 附錄C 溫控報警器總程序 第一章1.1溫控報警器的工作原理本溫控報警器由一個DS18B20溫度傳感器采集外部溫度，然后將采集到的溫度信息傳送到單片機(jī)內(nèi)，單片機(jī)通過處理，將信息輸出到數(shù)碼管上，使數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度傳感器采集到的溫度，我們通過外設(shè)鍵盤，可設(shè)置報警的溫度范圍

3、，如果傳感器采集到的溫度高于設(shè)置的溫度，或者低于設(shè)置的溫度，單片機(jī)自動處理，輸出一個警報信號，發(fā)出叫聲并且紅燈閃爍！1.2溫控警報器的運(yùn)用溫控警報器用于防火在炎熱的夏天或者是干燥的冬天，火災(zāi)都都是人們不可小視的災(zāi)難，因此預(yù)防火患可以提高人們生活的安全性，我們將溫控報警器安置在恰當(dāng)?shù)奈恢?，如果溫度過高，溫控報警器就自動報警，讓人們知道哪里哪里可能即將發(fā)生火災(zāi)，人們好盡快的將火災(zāi)滅殺在襁褓之中，極大的減小了火災(zāi)的可能！溫控警報器在電子產(chǎn)品上得運(yùn)用電子產(chǎn)品由于過于精密，很多電子產(chǎn)品只能工作于一定的溫度條件下，如果環(huán)境溫度高于或者是低于某個溫度值，產(chǎn)品的性能就達(dá)不到最好，對于一些精密的測量，就會有很大

4、的影響，反之，如果用溫控警報器加以監(jiān)控，就可以知道這些電子產(chǎn)品的工作是否正常，測量的值是否該加以修正，或者該去改變這些電子產(chǎn)品的工作環(huán)境！比如：溫度通過影響電源中的電容和半導(dǎo)體元器件，進(jìn)而影響到電源的性能：溫度變化會引起輸出電壓變化， 即通常講的溫飄。溫度對AC/DC電源影響大是因為大部分AC/DC電源都大量使用鋁電解電容（如濾波電容、儲 能電容、啟動電容），鋁電解電容除了容量大、 耐高壓外無任何優(yōu)點，若電腦電源使用質(zhì)量差的鋁電解電容，可能發(fā)生低溫不啟動、高溫容易壞（鋁電解電容中電解液干枯所致）。 溫度對DC/DC電源影響不大也是因為電容，DC/DC電源中不是使用鋁電解而大多使用鉭電

5、容、瓷片電容等，當(dāng)然他們的價格也不會是同一個 檔次。溫度對電容的影響如下：一般情況下，電容的壽命隨溫度的升高而縮短，最明顯的是電解電容器。一個極限工作溫度為85的電解電容器， 在溫度為20的條件下工作時，一般可以保證180000小時的正常工作時間，而在極限溫度85的條件下工作時，一般情況僅僅可以保證2000小時的正常工作時間。任何電容器都有一個損耗角正切值，即電容器的損耗。一般情況下正切值是隨溫度的升高而增加的。例如CC10型超高頻瓷介電容的損耗角正切值，在正常溫度下（20±5），為0.0012，在正極限溫度下（85），卻為0.0018，可以看出，受溫度的影響是較

6、大的！有了溫控警報器對環(huán)境溫度的監(jiān)測，就可以最大可能的保護(hù)電源，及各種電子元器件！除此之外，溫控警報器還大量的運(yùn)用于工業(yè)，農(nóng)業(yè)，軍事，人們的日常生活讓人類更加放心的工作生活！1.3本溫控警報器的主要功能a.采集到溫度并輸送到數(shù)碼管顯示環(huán)境溫度b.本溫控警報器的精度為0.5度c.通過鍵盤可設(shè)置報警的溫度范圍d.當(dāng)環(huán)境溫度超過報警溫度范圍，輸出報警：紅燈閃爍，并附有報警聲音！第二章：主要器件的介紹2.1溫度傳感器的原理溫度傳感器是工業(yè)生產(chǎn)中最常見的一種傳感器。它將物體的溫度轉(zhuǎn)化為電信號輸出，它具有結(jié)構(gòu)簡單，測量范圍寬，穩(wěn)定性好、精度高等優(yōu)點。不同的溫度傳感器制作方法不同，常見的有熱敏電阻、熱電偶和

7、集成型產(chǎn)品。其發(fā)展大體經(jīng)歷了從分體式、模擬集成到智能型階段?，F(xiàn)在的溫度傳感器不僅溫度信號輸出，還可以集成濕度測量，信號輸出也由原來的單一信號變成多樣化的輸出形式，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，數(shù)據(jù)可以根據(jù)需要進(jìn)行記錄、上限報警和自控控制等多種功能。熱電偶有標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩種，標(biāo)準(zhǔn)熱電偶嚴(yán)格遵循熱電勢與溫度之前的關(guān)系，并有統(tǒng)一的分度號，其誤差也在允許范圍之內(nèi)。非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶通常是根據(jù)特殊測量需要制作而成的，它沒有測量范圍上沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，也沒有分度號。  熱電阻用得最多的當(dāng)屬鉑電阻和銅熱電阻，鉑電阻測量溫度范圍更大，精度更高。鉑電阻和銅熱電阻其電阻和溫度變化值都有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。Rt=R01

8、+（t-t0），它只跟初始溫度和材料溫度系數(shù)有關(guān)?，F(xiàn)在用的智能集成型溫度傳感器采用單片機(jī)技術(shù)，里面裝有多位模數(shù)信號轉(zhuǎn)換器，其測量精度更高，分辨力更是高達(dá)0.03度，里面還可以集成日歷時鐘，實現(xiàn)多種測量模式之間切換，輸出更具規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，可以有效抑制周圍環(huán)境對溫度信號輸出的干擾，使得測量值更加精確。溫度傳感器輸出的溫度不是待測物現(xiàn)在的溫度，通常會有一定的誤差。對于需要精確測量的場合，需選用響應(yīng)速度更快的傳感器。在測量過程要保護(hù)要探頭，探頭的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于整個測量系統(tǒng)的壽命，當(dāng)輸出不正確的時候要及時更換。在響應(yīng)時間要求不高的場合，可以用專用套管將探頭包裹起來，主要可以延長探頭的使用時間，不過這樣會

9、影響測量精度，兩者之間需權(quán)衡好。很多熱敏電阻表面都有涂敷層，要保護(hù)涂敷層不被損壞，涂敷層具有傳溫和保護(hù)里面元件的作用，可以防潮防腐蝕。 類型及發(fā)展方向 現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計算機(jī)技術(shù))。傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量高居各種傳感器之首。溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段。(1)傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件)；(2)模擬集成溫度傳感器控制器；(3)智能溫度傳感器。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)后

10、，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展稱重傳感器。2.2溫度傳感器的發(fā)展及運(yùn)用 溫度傳感器的發(fā)展當(dāng)前，雖然主要的溫度傳感器，如熱電偶、熱電阻及輻射溫度計等的技術(shù)已經(jīng)成熟，不能滿足許多領(lǐng)域的要求，尤其是高科技領(lǐng)域。因此，各國專家都在針對性的競爭開發(fā)各種新型溫度傳感器及特殊的實用測量技術(shù)。但是在傳統(tǒng)的場合成熟的溫度傳感器任然的的廣泛應(yīng)用，運(yùn)用于人們的生活，貼近人們的生活，由于人們對生活質(zhì)量的要求越來越高，所以傳統(tǒng)的傳感器任然占有巨大的市場！幾種新型的溫度傳感器如下：1光纖溫度傳感器光導(dǎo)纖維（簡稱光纖）自

11、20世紀(jì)70年代問世以來，隨著激光技術(shù)的發(fā)展，從理論和實踐上都已證明它具有一系列的優(yōu)越性，光纖在傳感技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用也日益受到廣泛重視。光纖傳感器是一種將被測量的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y的光信號的裝置。它是由光耦合器、傳輸光纖及光電轉(zhuǎn)換器等三部分組成。目前已有用來測量壓力、位移、應(yīng)變、液面、角速度、線速度、溫度、磁場、電流、電壓等物理量的光纖傳感器問世，解決了傳統(tǒng)方式難以解決的測量技術(shù)問題。據(jù)統(tǒng)計，目前約有百余種不同形式的光纖傳感器，用于不同領(lǐng)域進(jìn)行檢測?？梢灶A(yù)料，在新技術(shù)革命的浪潮中，光纖傳感器必將得到廣泛的應(yīng)用，并發(fā)揮出更多的作用。熱電偶是傳統(tǒng)的溫度傳感器，用途非常廣泛。近年來，又發(fā)展出了一種新的測

12、溫技術(shù)，能在火災(zāi)事故預(yù)警中有獨(dú)特的應(yīng)用。這種新型溫度傳感器稱為特種測溫?zé)崦綦娎|，又被稱為連續(xù)熱電偶Continuous Thermocouple)或?qū)崾綗犭娕迹℉eating Seeking Thermocouple）。 熱敏電纜利用電偶熱電效應(yīng)，但測量的不是偶頭部的溫度，而是沿?zé)犭姌O長度上最高溫度點的溫度。由于這種獨(dú)特功能，最初被發(fā)達(dá)國家作為高精技術(shù)設(shè)備鋪設(shè)在航空母艦、驅(qū)逐艦的艦艙以及軍用飛機(jī)等軍事設(shè)備中。目前，已被廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域來預(yù)防和減少因“過熱”引起的事故和損失。目前，熱敏電纜主要有兩種產(chǎn)品類型（FTLD和CTTC），它們測溫原理相同，只是技術(shù)參數(shù)不

13、同。構(gòu)成外層保護(hù)管：FTLD型采用雙層聚四氟乙烯，CTTC型采用鉻鎳鐵合金。為有效避免測量環(huán)境中的粉塵、油脂以及水分等介質(zhì)浸入，以及溫度范圍不同而引起的誤報，故采用不同材料。測溫元件：K型熱電偶。目前現(xiàn)有的產(chǎn)品長度約615m，若需長度加大，可以將幾根熱敏電纜連接起來。外徑尺寸FTLD為f3.5mm，CTTC為f9.318.7mm，可安裝在傳統(tǒng)探頭無法鋪設(shè)到的惡劣環(huán)境中。工作溫度 FTLD為-40200，CTTC為-40899。分度與靈敏度 熱敏電纜的分度與普通熱電偶相近，由于連續(xù)熱電偶的“臨時”熱接點不是緊密連接，熱接點之外兩電極間也并非完全絕緣，所以熱敏電纜的輸出熱電勢與

14、同種熱電偶相比稍有降低，換算成溫度大約相差十幾攝氏度，這對于火警預(yù)報來說是可以接受的。彎曲半徑 除和熱敏電纜組成材料的性能和質(zhì)量有關(guān)外，還與隔離材料的密實程度有關(guān)。一般彎曲半徑為熱敏電纜外徑的1020倍。2智能溫度傳感器進(jìn)入21世紀(jì)后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。在20世紀(jì)90年代中期最早推出的智能溫度傳感器，采用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器，其測溫精度較低，分辨力只能達(dá)到1。目前，國外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是912位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)0.50.

15、0625。由美國DALLAS半導(dǎo)體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出13位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其分辨力高0.03125，測溫精度為±0.2。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。以AD7817型5通道智能溫度傳感器為例，它對本地傳感器、每一路遠(yuǎn)程傳感器的轉(zhuǎn)換時間分別僅為27s、9s。新型智能溫度傳感器的測試功能也在不斷增強(qiáng)。例如，DS1629型單線智能溫度傳感器增加了實時日歷時鐘(RTC)，使其功能更加完善。DS1624還增加了存儲功能，利用芯片內(nèi)部256字節(jié)的E2PROM存儲器，可存儲用戶的短信息。另外，智能溫度傳感器正從單

16、通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。智能溫度傳感器都具有多種工作模式可供選擇，主要包括單次轉(zhuǎn)換模式、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、待機(jī)模式，有的還增加了低溫極限擴(kuò)展模式，操作非常簡便。對某些智能溫度傳感器而言，主機(jī)(外部微處理器或單片機(jī))還可通過相應(yīng)的寄存器來設(shè)定其A/D轉(zhuǎn)換速率(典型產(chǎn)品為MAX6654)，分辨力及最大轉(zhuǎn)換時間(典型產(chǎn)品為DS1624)。智能溫度控制器是在智能溫度傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的。典型產(chǎn)品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能溫度控制器適配各種微控制器，構(gòu)成智能化溫控系統(tǒng);它們還可以脫離微控制器單獨(dú)工作，自行構(gòu)成一

17、個溫控儀。溫度傳感器的運(yùn)用1.熱電偶在工業(yè)制造中發(fā)揮的作用 什么叫熱電偶：熱電偶主要是用來測量溫度，故美起名：溫度傳感器，中航自控：現(xiàn)在溫度傳感器應(yīng)用很廣泛，比如：民用熱電偶分：電飯煲用熱電偶，冰箱用熱電偶，燃?xì)庠钣脽犭娕迹囉脽犭娕?，電熨斗用熱電偶，電腦等等。工業(yè)用的熱電偶：軍用的，大炮，導(dǎo)彈，飛船，消防坦克，航空航天，工業(yè)用的：冶金冶煉，石油化工，火電核電，制造業(yè)，機(jī)械制造、玻璃陶瓷、塑料橡膠、釀酒制藥、輕工紡織、食品、煙草、水處理、等工業(yè)行業(yè)，為何非要用熱電偶，深圳中航自控提醒您：比如消防坦克：當(dāng)坦克開進(jìn)火場，距離多遠(yuǎn)就不能往前走，所以外部要有熱電偶，駕駛員通過儀表看到外部溫

18、度太高，就不能再往前走，還要看內(nèi)部溫度。像煉鋼煉鐵，你說鋼水溫度在1300度，但是要有參照或依據(jù)，過去就是通技術(shù)人員的眼睛來確認(rèn)溫度，感覺溫度到達(dá)要求了，就說明這爐鋼水完成了，可是現(xiàn)在不行啊，我們要保正產(chǎn)品質(zhì)量，就要求精測精控，所以必須用熱電偶才能達(dá)到要示。濕度傳感器探頭,不銹鋼電熱管PT100傳感器,鑄鋁加熱 器,加熱圈流體電磁閥。2.人體測溫體溫計的工作原理是，普通測量方式，是水銀，由于水銀受到體溫的影響，產(chǎn)生微小的變化，水銀體積的膨脹，使管內(nèi)水銀柱的長度發(fā)生明顯的變化。人體溫度的變化一般在35到42之間，所以體溫計的刻度通常是35到42，而且每度的范圍又分成為10份，因此體溫計可精確到1

19、/10度，由于水銀對人體可能構(gòu)成危害，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在發(fā)明電子式體溫計，可以說解決了很多難題，因為目前已經(jīng)出現(xiàn)很多類型的新式體溫計。電子式體溫計利用某些物質(zhì)的物理參數(shù)(如電阻、電壓、電流等)與環(huán)境溫度之間存在的確定關(guān)系，將體溫以數(shù)字的形式顯示出來，讀數(shù)清晰，攜帶方便。其不足之處在于示值準(zhǔn)確度受電子元件及電池供電狀況等因素影響，比如玻璃體溫計。溫度傳感器應(yīng)用于麻醉機(jī)熱敏電阻元件溫度傳感器由麻醉機(jī)送出的空氣如果溫/濕合宜，能使病人呼吸舒適，還可避免因吸入干冷空氣所引起的喉痛。因此，輸氣系統(tǒng)的溫度必須加以監(jiān)測和控制，以確保能提供溫度適宜的氣流。熱敏電阻元件溫度傳感器正是根據(jù)這種需要而設(shè)計的，

20、它可直接安裝在空氣通道中來監(jiān)測空氣的溫度，傳感器和測量氣流溫度的微控制器配合可用來控制和調(diào)節(jié)氣流的溫度。 熱敏電阻用于血液分析儀  熱敏電阻元件溫度傳感器可用來監(jiān)測廂室、擴(kuò)散燈和油冷式馬達(dá)的溫度，以免過熱。如有過熱現(xiàn)象，立即停機(jī)使其冷卻。為了控制樣品的溫度，對于溫度的測量必須準(zhǔn)確，測出的溫度需要盡量接近實際溫度。溫度傳感器應(yīng)用于監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測冷藏箱溫度的傳感器似乎相當(dāng)直觀明了，但有沒有想過用傳感器來監(jiān)測我們的活動方式?一些老年人發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測技術(shù)可以讓他們在家里待得更久，并且改善生活質(zhì)量。所有遠(yuǎn)程監(jiān)測和遠(yuǎn)程健康系統(tǒng)的最終目的是改善病人護(hù)理工作。雖然許多老年人身邊都有個人緊急響應(yīng)系

21、統(tǒng)(PERS)按鈕，那樣遇到緊急情況可以摁按鈕求救，但許多人并沒有使用按鈕，其中有諸多原因：他們可能身體傷殘、意識混亂，或遠(yuǎn)離按鈕。比如說，丈夫患早老性癡呆病的婦女可能很難在晚上睡好覺，因為她提心吊膽，時時防著丈夫在夜間亂走。而監(jiān)測系統(tǒng)改變了這種情況：如果他離床太久，就會發(fā)出警報。不僅僅只有床頭傳感器能夠有此效果。例如明尼蘇達(dá)州的Healthsense公司，其eNeighbor遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)可提供12種傳感器，這些基于Wi-Fi的傳感器包括床頭傳感器、廁所傳感器、接觸傳感器和運(yùn)動傳感器。但光靠傳感器未必會告訴某人需要幫助，所以Healthsense的系統(tǒng)會分析數(shù)據(jù)，評估病人是不是偏離了通常的活動

22、模式;若有偏離，就表明可能有問題。這種系統(tǒng)可將不同傳感器獲得的信息關(guān)聯(lián)起來，并且使傳感器算法適應(yīng)患者的一般活動或在家里走動的規(guī)律。一旦確立了模式，系統(tǒng)就會根據(jù)這些信息評估患者在預(yù)期活動范圍之內(nèi)，還是在預(yù)期活動范圍之外，然后，它會發(fā)出相應(yīng)的警報。2.3 單片機(jī)的選用及功能介紹AT89S51 是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS型8位單片機(jī)，片內(nèi)含4Kbytes 的可編程的Flash只讀程序存儲器，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash ROM程序存儲器，并支持可在線編程（ISP）功能；另一方面，由于價格低、因而被廣泛應(yīng)用于許多高性價比的場合，如工業(yè)控制、消費(fèi)電子等各種控制領(lǐng)域

23、，對于簡單的測溫系統(tǒng)而言，它已經(jīng)足夠。單片機(jī)AT89S51具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。設(shè)計中采用89S51單片機(jī)。其主要特性如下：1.與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；2.4K字節(jié)可編程閃爍存儲器；3.1000擦寫周期；4.4.05.5V工作電壓范圍；5.全靜態(tài)工作：0Hz-33MHz；6.程序存儲器具有3級加密保護(hù)；7.128*8位內(nèi)部RAM；8.32可編程I/O線；9.兩個16位定時器/計數(shù)器；10.6個中斷源和2個優(yōu)先級；11.可編程全雙工串行通道； 圖2.1 89S51單片機(jī)引腳圖1

24、2.低功耗的閑置和掉電模式；13.看門狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針；14.具有JTAG接口，可方便地在線編程或在系統(tǒng)編程。15.AT89S51 單片機(jī)為40引腳雙列直插式封裝。其引腳排列和邏輯符號如圖2.1 所示。2.3.1各引腳功能簡單介紹如下： 1.VCC：供電電壓。2.GND：接地。3.P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每個管腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳寫“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)/地址的第八位。在FLASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部電位必須被拉高。4.P1口：P1

25、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，電位被內(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口作為第八位地址接收。5.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(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時，P2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，

26、它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)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。6.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(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入時，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)，也是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口：P3.0 RXD(串行輸口)；P3.1TXD(串行輸出口) ；P3.2 INT0(外部中斷0)；P3.3 INT1(外部中斷1) ；P3.4 T0(定時器0外部輸入)；P3.

27、5 T1(定時器1外部輸入)；P3.6 WR (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)；P3.7 RD (外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)。同時P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。7.RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。8.ALE / PROG ：當(dāng)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地位字節(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(dāng)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SF

28、R8EH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。9.PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取址期間，每個機(jī)器周期PSEN兩次有效。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)。10.EA/VPP：當(dāng)EA保持低電平時，訪問外部ROM；注意加密方式1時，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時，訪問內(nèi)部ROM。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。11.XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。12.XTAL2：

29、來自反向振蕩器的輸出。 2.3.2單片機(jī)的工作原理其實單片機(jī)就是一個電腦，只不過是微型的，麻雀雖小，五臟俱全：它內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，它主要是作為控制部分的核心部件。單片機(jī)是靠程序的，通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復(fù)雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的

30、系列單片機(jī)，結(jié)果就會有天壤之別！只因為單片機(jī)的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！2.4 DS18B20溫度傳感器的介紹2.4.1引腳介紹1、 GND為電源地2、 DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端3、VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。DS18B20的實物圖DS18B20引腳圖2.4.2DS19B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20主要由64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL及配置寄存器等組成，見圖2.3。 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(fā)器TH 低溫觸發(fā)器TL 配置寄存器 8位CRC發(fā)生器 VD

31、D DQ VD1 VD2 C 圖2.3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1) 64位光刻ROM。開始8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后8位是前56位的CRC校驗碼，非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入用戶報警上下限值。64位閃速ROM的結(jié)構(gòu)如下表2-2所示。表2-2 ROM結(jié)構(gòu)8b位檢驗CRC 48位序列號 8位工廠代碼（10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB2) 9字節(jié)高速緩存存儲器，結(jié)構(gòu)如表2-3所示表2-3 DS18B20內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)字節(jié)0 溫度測量值LSB（50H） 字節(jié)1 溫度測量值MSB（50H） E2PROM 字節(jié)2 TH高

32、溫寄存器 ß-à TH高溫寄存器 字節(jié)3 TL低溫寄存器 ß-à TL 低溫寄存器 字節(jié)4 配位寄存器 ß-à 配位寄存器 字節(jié)5 預(yù)留（FFH） 字節(jié)6 預(yù)留（0CH） 字節(jié)7 預(yù)留（IOH） 字節(jié)8 循環(huán)冗余碼校驗（CRC） DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2PRAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲器。頭2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第5個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B2

33、0工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。它的內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)和字節(jié)定義如表2-4和表2-5所示。低5位一直為，TM是工作模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。 表2-4 DS18B20字節(jié)定義TM R1 R0 1 1 1 1 1 DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶要去改動，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率，詳見表2-5。表2-5 DS18B20分辨率設(shè)置R1 R0 分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時間/ms 0 0 9 93.75 0 1 10 187.5 1 0 11 375 1 1 12 750 由表2-5可見，分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。

34、因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。高速暫存RAM的第6、7、8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的CRC碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。3) 溫度數(shù)據(jù)值格式。當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1、2字節(jié)。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625LSB形式表示。溫度值格式見表2-6所示。表2-6 溫度數(shù)據(jù)值格式23 22 21 20 2-1 2-2 2-3 2-4 LS 字節(jié) S S S S S 26 25

35、24 MS字節(jié) 其中“S”為標(biāo)志位，對應(yīng)的溫度計算：當(dāng)符號位S0時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號位S1時，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計算十進(jìn)制數(shù)值。表2-7是一部分溫度值對應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。表2-7一部分溫度對應(yīng)值表溫度/ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H +25.0625 0000 0001 1001 0000 0191H +10.125 0000 0000 1010 0001 00A2H +0.5 0000 0000 00

36、00 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H -0.5 1111 1111 1111 0000 FFF8H -10.125 1111 1111 0101 1110 FF5EH -25.0625 1111 1110 0110 1111 FE6FH -55 1111 1100 1001 0000 FC90H 2.4.3 DS18B20的工作原理工作時，主機(jī)控制DS18B20使各種命令對DS18B20進(jìn)行操作:初始化DS18B20，發(fā)ROM功能指令、發(fā)存儲器操作指令。這些ROM和RAM指令集如表2-8和表2-9所示。表2-8 ROM指令表指令 約定代碼 功 能

37、讀ROM 33H 讀DS18B20 ROM中的編碼 匹配ROM 55H 發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單線總線上與該編碼相對應(yīng)的DS18B20 使之作出響應(yīng)，為下一步對該DS18B20的讀寫作準(zhǔn)備 搜索ROM 0F0H 用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個數(shù)和識別64位ROM地址，為操作各器件作好準(zhǔn)備 跳過ROM 0CCH 忽略64位ROM地址，直接向DS18B20發(fā)溫度變換命令，適用于單片工作。 報警搜索 命 令 0ECH 執(zhí)行后，只有溫度超過設(shè)定值上限或者下限的片子才做出響應(yīng) 表2-9 RAM指令表溫度變換 44H 啟動DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間最長為500

38、MS，結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中 讀暫存器 0BEH 讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容 寫暫存器 4EH 發(fā)出向內(nèi)部RAM的第3，4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟讀命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù) 復(fù)制暫存器 48H 將E2PRAM中第3，4字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到E2PRAM中 重調(diào)E2PRAM 0BBH 將E2PRAM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第3，4字節(jié) 讀 供 電 方 式 0B4H 讀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” 根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：1. 每一次讀寫之前都必須要對DS18B20

39、進(jìn)行復(fù)位；2. 復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令；3. 最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)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1560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(fù)位成功。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序，具體工作方法如圖2.4，2.5，2.6所示。(1) 初始化時序 圖2.4 初始化時總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。主機(jī)輸出低電平，保持低電平時間至少480us，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著主機(jī)釋放總線，4.7K上拉電阻

40、將總線拉高，延時1560us，并進(jìn)入接受模式，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖，若為低電平，再延時480us。(2) 寫時序圖2.5 寫時序?qū)憰r序包括寫0時序和寫1時序。所有寫時序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的寫時序之間至少需要1us的恢復(fù)時間，都是以總線拉低開始。寫1時序，主機(jī)輸出低電平，延時2us，然后釋放總線，延時60us。寫0時序，主機(jī)輸出低電平，延時60us，然后釋放總線，延時2us。(3) 讀時序 圖2.6讀時序總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時序是，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的讀時序之間至少需要1

41、us的恢復(fù)時間。每個讀時序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線1us。主機(jī)在讀時序期間必須釋放總線，并且在時序起始后的15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機(jī)輸出低電平延時2us，然后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入模式延時12us，然后讀取總線當(dāng)前電平，然后延時50us。2.4.4 DS18B20的測溫原理DS18B20的測溫原理如圖2.7所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進(jìn)行計數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量.計數(shù)

42、門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55 所對應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55 所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器 1的預(yù)置將重新被裝入,減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數(shù),如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫圖2中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性其輸出用，于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器

43、值達(dá)到被測溫度值，這就是DS18B20的測溫原理。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，他有嚴(yán)格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。增加 停止 減法計數(shù)器 斜坡累加器 減到0 減法計數(shù)器 預(yù) 置 低溫度系數(shù) 振 蕩 器 高溫度系數(shù) 振 蕩 器 計數(shù)比較器 預(yù) 置 溫度寄存器 減到0 圖2.7 DS18B20測溫原理圖在正測溫情況下，DS1820的測溫分辨力為0.5，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測量結(jié)果：首先用DS1820提供的讀暫存器指令（BEH）讀

44、出以0.5為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位（LSB），得到所測實際溫度的整數(shù)部分Tz，然后再用BEH指令取計數(shù)器1的計數(shù)剩余值Cs和每度計數(shù)值CD?？紤]到DS1820測量溫度的整數(shù)部分以0.25、0.75為進(jìn)位界限的關(guān)系，實際溫度Ts可用下式計算：Ts=（Tz-0.25）+(CD-Cs)/CD2.4.5DS18B20的ROM命令1、Read ROM33H2、Match ROM55H 這個是匹配ROM命令，后跟64位ROM序列，讓總線控制器在多點總線上定位一只特定的DS18B20。只有和64位ROM序列完全匹配的DS18B20才能響應(yīng)隨后的存儲器操作。所有和64位ROM序列不匹配的從機(jī)都將等待復(fù)位脈沖。這條命令在總線上有單個或多個器件時都可以使用。3.Skip ROM0CCH，這條命令允許總線控制器不用提供64位ROM編碼就使用存儲器操作命令，在單點總線情況下，可以節(jié)省時間。如果總線上不止一個從機(jī)，在Skip ROM命令之后跟著發(fā)一條讀命令，由于多個從機(jī)同時傳送信號，總線上就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突（漏極開路下拉效果相當(dāng)于相“與”）4、Search ROM0F0H 當(dāng)一個系統(tǒng)初次啟動時，總線控制器可能并不知道單線總線上有多個