毕业论文—数字温度计总体方案设计

毕业论文—数字温度计总体方案设计内容摘要：

址地址是 98H，是一个可以位寻址的寄存器，作用就是监视和控制51芯片串行口的工作状态。 51芯片的串口可以工作在几个不同的工作模式下，其工作模式的设置就是使用 SCON寄存器。 它的各个位的具体定义 11 如下： SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SM0、 SM1为串行口工作模式设置位，这样两位可以对应进行四种模式的设置。 串行口工作模式设置。 SM0、 SM1模式功能波特率 0 0 0 同步移位寄存器 fosc/12 0 1 1 8位 UART可变 1 0 2 9位 UARTfosc/32或 fosc/64 1 1 3 9位 UART可变 SM2在模式 模式 3中为多处理机通信使能位。 在模式 0中要求该位为 0。 REM为允许接收位， REM置 1时串口允许接收，置 0时禁止接收。 REM是由软件置位或清零。 如果在一个电路中接收和发送引脚 , 都和上位机相连，在软件上有串口中断处理程序，当要求在处理某个子程序时不允许串口被上位机来的控制字符产生中断，那么可以在这个子程序的开始处加入 REM=0来禁止接收，在子程序结束处加入 REM=1再次打开串口 接收。 大家也可以用上面的实际源码加入 REM=0来进行实验。 TB8发送数据位 8，在模式 2和 3是要发送的第 9位。 该位可以用软件根据需要置位或清除，通常这位在通信协议中做奇偶位，在多处理机通信中这一位则用于表示是地址帧还是数据帧。 RB8接收数据位 8，在模式 2和 3是已接收数据的第 9位。 该位可能是奇偶位，地址 /数据标识位。 在模式 0中， RB8为保留位没有被使用。 在模式1中，当 SM2=0， RB8是已接收数据的停止位。 TI发送中断标识位。 在模式 0，发送完第 8位数据时，由硬件置位。 其它模式中则是在发送停止位之初， 由硬件置位。 TI置位后，申请中断， 12 CPU响应中断后，发送下一帧数据。 在任何模式下， TI都必须由软件来清除，也就是说在数据写入到 SBUF后，硬件发送数据，中断响应（如中断打开），这时 TI=1，表明发送已完成， TI不会由硬件清除，所以这时必须用软件对其清零。 RI接收中断标识位。 在模式 0，接收第 8 位结束时，由硬件置位。 其它模式中则是在接收停止位的半中间，由硬件置位。 RI=1，申请中断，要求 CPU取走数据。 但在模式 1中， SM2=1时，当未收到有效的停止位，则不会对 RI置位。 同样 RI也必须要靠软件清除。 常用的串 口模式 1是传输 10 个位的， 1位起始位为 0,8位数据位，低位在先， 1位停止位为 1。 它的波特率是可变的，其速率是取决于定时器 1或定时器 2的定时值（溢出速率）。 温度传感器的选择 由于传统的热敏电阻等测温元件测出的一般都是电压，再转换成对应的温 度，需要比较多的外部元件支持，且硬件电路复杂，制作成本相对较高 ,处理电路复杂、可靠性相对较 差， DS18B20是一线制数字温度传感器 ,它可将温度信号直接转换成串行数字信号送给微处理器 ,电路简单 ,成本低 , 因此 这里采用 DALLAS公司的数字温度传感器 DS18B20作为 测温元件。 温度传感器 DS18B20简介 DALLAS最新单线数字温度传感器 DS18B20是一种新型的“一线器件”，其体积更小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。 DALLAS半导体公司的数字化温度传感器 DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。 温度测量范围为 55～ +125摄氏度，可编程为 9位～ 12位转换精度，测温分辨率可达 ，分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在 EEPROM中，掉电后依然保存。 被测温度用 13 符号扩展的 16位数字量方式串行输出；其工作电源既可以在远端引入，也可以采用寄生电源方式产生；多个 DS18B20可以并联到 3根或 2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多 DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。 因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以 挂 很 多 这 样 的 数 字 温 度 计 ， 十 分 方 便。 外形图如图。 图 DS18B20内部结构主要由四部分组成： 64位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH和 TL、配置寄存器 ，内部结构如。 DS18B20的管脚排列、各种封装形式如图 ， DQ为 数据输入 /输出引脚。 开漏单总线接口引脚。 当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源 ； GND为 地信号 ； VDD为 可选择的 VDD引脚 ， 当工作于寄生电源时，此引脚必须接地 ， 其电路图。 图 DS18B20内部结构图 14 图 外部封装形式 图 传感器电路图 温度传感器 DS18B20的性能特点 （ 1） 独特的单线接口方式， DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20的双向通讯 （ 2） DS18B20支持多点组网功能，多个 DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温 （ 3） DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内 （ 4） 适应电压范围更宽，电压范围： ～ ，在寄生电源方 式下可由数据线供电 （ 5） 温范围－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 时精度为 177。 ℃ 15 （ 6） 零待机功耗 （ 7） 可编程的分辨率为 9～ 12位，对应的可分辨温度分别为 ℃ 、℃ 、 ℃ 和 ℃ ，可实现高精度测温 （ 8） 在 9位分辨率时最多在 ， 12位分辨率时最多在 750ms内把温度值转换为数字，速度更快 （ 9） 测量结果直接输出数字温度信号，以 “ 一线总线 ” 串行传送给CPU，同时可传送 CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力 （ 10） 负电压特性，电源极性接反时， 温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作 温度传感器 DS18B20的工作原理 DS18B20测温原理如图。 图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器 1。 高温度系数晶振 随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器 2的脉冲输入。 计数器 1和温度寄存器被预置在－ 55℃ 所对应的一个基数值。 计数器 1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器 1的预置值减到 0时，温度寄存器的值将加 1，计数器 1的预置将重新被装入，计数器 1重新开始对低温度系数晶振产生 的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器 2计数到 0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。 图 线性，其输出用于修正计数器 1的预置值。 16 图 DS18B20测温原理图 由表 1可见， DS18B20温度转换的 时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。 因此 在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。 高速暂存 RAM的第 8字节保留未用，表现为全逻辑 1， 第 9字节读出 前面所有 8字节的 CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。 当 DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。 转换完成后的温度值就以 16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第 2字节。 单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先 高位在后，数据格式以 ℃／ LSB形式表示。 当符号位 S=0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位 S=1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。 表 2是一部分温度值对应的二进制温度数据。 低温度系数晶振 高温度系数晶振 预 置 斜 率 累 加 器 比 较 计 数 器 1 温 度 寄 存 器 预 置 计 数 器 2 = 0 = 0 停 止 加 1 LSB 置位 /清除 17 表 1 BS18B20温度转换时间表 R1 R0 分辨率 温度最大转换时 /mm 0 0 9位 0 1 10位 1 0 11位 1 1 12位 DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与 RAM中的 TH、 TL字节内容作比较。 若 T＞ TH或 T＜ TL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。 因此，可用多只 DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。 在 64位 ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（ CRC）。 主机ROM的 前 56位来计算 CRC值，并和存入 DS18B20的 CRC值作比较，以判断主机收到的 ROM数据是否正确。 表 3 一部分温度对应值表 温度 /℃ 二进制表示 十六进制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 010。