毕业设计论文_基于at89c51单片机的数字温度控制系统的硬件设计

毕业设计论文_基于at89c51单片机的数字温度控制系统的硬件设计内容摘要：

4 位 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 ROM 中的 64 位序列号是出厂前被刻上去的，它可以看作是该 DS18B20 的地址序列码，每个 DS18B20 的序列号均不相同。 64 位循环冗余校验码的特征多项式为 CRC=X8+X5+X4+1。 ROM 的作用是使每一个 DS18B20 都不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的。 DS18B20 中的温度传感器完成多温度的测量。 高低温报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器均由一个字节的 EEPROM 组成，使用一个寄存器功能命令可对 TH、 TL或配置寄存器写入 工 作特性 DS18B20的主要技术参数如下。 ． 输入通道数 64 –BIT ROM AND 1WIRE PORT MEMORY AND CONTROL LOGIC SCRATCHPAD TEMPERATURE SENSOR HIGH TEMPERATURE LOW TEMPERATURE CONFIGURATION RFGISTF 8BIT CRC GENERATOR POWERSUPPLY SENSE 第 3章 LabVIEW 编程技术概述 12 ． 测量精度： 10~+85176。 C 范围内基本测量精度177。 5℃。 ． 设定精度：与显示值一致，无相对误差。 ． 显示： 2位 LED 通道号显示； 4位 LED 测量值显示各通道报警状态指示灯。 ． 告警方式： 4种告警方式。 2 点公用告警继电器输出。 ． 多点控制继电器输出（扩展功能）。 ． 告警输出接点容量： AC250V、 2A（阻值负载）。 ． 电源 V0： AC187V~242V，耗电量 10VA 以下。 ． 电压 V1： DC20~28V，耗电量 8VA 以下。 ． 工作环境： 0~50℃，温度 20~90％ RH。 ． DS18B20的推荐工作范围如表 32 所示。 表 32 推荐的工作范围 参数 名称 条件 最小值 典型值 最大值 单位 供电电压 VDD 局部供电 V 数据针 DQ + V 逻辑 1 VIH + V 逻辑 0 VIL + V ． DS18B20电气特性如表 33 所示。 表 33 电气特性 名称 条件 最小值 典型值 最大值 单位 tERR 10℃ ~+85℃ 177。 ℃ 55℃ ~+125℃ 177。 2 VIH 局部供电 V VIL + V IL VIO= mA IDDS 750 1000 nA IDD 1 mA IDQ 5 uA ． DS18B20的时间特性如表 34 所示 表 34 时间特性 名称 条件 最小值 典型值 最大值 单位 tWR 2 10 ms tCONV 9Bit ms 10Bit 11Bit 375 12Bit 750 tSLOT 60 120 us tREC 1 us tLOW0 60 120 us 第 3章 LabVIEW 编程技术概述 13 续表 名称 条件 最小值 典型值 最大值 单位 tLOW1 1 15 us tRDV 15 us tRSTH 480 us tRSTL 480 us tPDHIGH 15 60 us tPDLOW 60 240 us 应用介绍 的温度计算 DS18B20 中的温度传感器完成对温度的测量，用 16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 ℃ /LSB 形式表达，其中 S 为符号位，温度值和二进制输出对照表如表 35 所示。 例如， +125℃的数字输出为 07D0H， +℃的数字输出为 0191H，℃的数字输出为 FF6FH,55℃的数字输出为 FC90H。 表 35 温度值和二进制输出对照表 温度 二进制输出 十六进制输出 +125℃ 0000 0111 1101 0000 07D0H +85℃ 0000 0101 0101 0000 0550H +℃ 0000 0001 1001 0001 0191H +℃ 0000 0000 1010 0010 00A2H +℃ 0000 0000 0000 1000 0008H 0℃ 0000 0000 0000 0000 0000H ℃ 1111 1111 1111 1000 FFF8H ℃ 1111 1111 0101 1110 FF5EH ℃ 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55℃ 1111 1100 1001 0000 FC90H 温度寄存器的复位值是 +85℃ ． DS18B20的数据格式如表 36 所示。 表 36 DS18B20的数据格式 Bit Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 LS Byte 23 22 21 20 21 22 23 24 Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit9 Bit8 MS Byte S S S S S 26 25 24 这是转 化得到的 12位数据，存储在 18B20 的两个 8 比特的 RAM 中，二进制中的前面 5 位是符号位，如果测得的温度大于 0，这 5位为 0，只要将测到的数值乘以 ,即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加 1 再乘以 ，即可得到实际温度。 第 3章 LabVIEW 编程技术概述 14 温度传感器的存储器 DS18B20 温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失 性的可擦除的 E2RAM，后者存放高温度和低温度触发器 TH、 TL 和结构寄存器 暂存存储器包含了 8 个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第 一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。 第三个和第四个字节是 TH、 TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。 第六、七、八个字节用于内部计算。 第九个字节是冗余检验字节。 DS18B20 的寄存器在器件内部的分布如表 37 所示。 表 37 DS18B20暂存寄存器分布 寄存器内存 字节地址 温度最低数字位 0 温度最高数字位 1 高温限值 2 低温限值 3 保留 4 保留 5 计数剩余值 6 每度计数值 7 CRC校验 8 第五个字节是器件的配置寄存器，其各位的意义为：TMR1R011111。 低五位都是 1， TM 是测试模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式。 在 DS18B20 出厂时该位被设置为 0，用户不要去改动。 R1 和 R0用来设置分辨率（ DS18B20 出厂时被设置位 12 位）， DS18B20 的分辨率设置如表 38所示。 表 38 分辨率设置表 R1 R0 分辨率 温度最大转换时间 0 0 9 位 0 1 10位 ms 1 0 11位 375 ms 1 1 12位 750 ms 根据 DS18B20 的通讯协议，主机控制 DS18B20 完成温度转换必须经过三个步骤： ． 每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位。 ． 复位成功后发送一条 ROM 指令。 ． 最后发送 RAM 指令。 这样才能对 DS18B20 进行预定的操作。 复位要求主 CPU将数据线下拉 500第 3章 LabVIEW 编程技术概述 15 微秒，然后释放， DS18B20 收到信号后等待 16～ 60 微秒左右，后发出 60～ 240微秒的存在低脉冲，主 CPU 收到此信号表示复位成功。 对 ROM 操作时，采用如表 39所示的代码。 表 39 对 ROM操作的代码数 指令 约定代码 功能 读 ROM 33H 读 DS18B20ROM中的编码（即读 64位地址） 符合 ROM 55H 发出此命令后，接着发出 64位 ROM编码，访问单线上与该编码相对应的 DS18B20使之做出反应，为下一步对该DS18B20的读写做准备 搜索 ROM 0F0H 用于确定挂接在同一总线上 DS18B20的个数和识别 64位ROM地址，为操作各器件做好准备 跳过 ROM 0CCH 忽略 64位 ROM地址，直接向 DS18B20发湿度变换命令，适用于单机工作 告警搜索命令 0ECH 执行后，只有温度超过设定值上限或下限的片子 才做出响应 对寄存器操作的代码表如表 310所示，表中还包括启动温度转换和读供电方式的指令。 表 310 对寄存器操作的代码表 指令 约定代码 功能 温度变换 44H 启动 DS18B20进行温度转换，转换时间最长为 500ms（典型为 200 ms），结果存入内部 9字节 RAM中 读暂存器 0BEH 读内部 RAM中 9字节的内容 写暂存器 4EH 读内部 RAM的第 4字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据 复制暂存器 48H 将 RAM中第 4字节内容复制到 E2PRAM中 重调 E2PRAM 0B8H 将 E2PRAM中内容恢复到 RAM中的第 4字节 读供电方式 0B4H 对 DS18B20的供电模式，寄生供电时 DS18B20发送“ 0”，外接电源供电 DS18B20发送“ 1” DS1820 使用中注意事项 DS1820 虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题： (1)较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于 DS1820 与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对 DS1820 进行读写编程时，必须严格的保证读写 时序，否则将无法读取测温结果。 在使用 PL/M、 C 等高级语言进行系统程序设计时，对 DS1820 操作部分最好采用汇编语言实现。 (2)在 DS1820 的有关资料中均未提及单总线上所挂 DS1820 数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个 DS1820，在实际应用中并非如此。 当单总线上所挂 DS1820 超过 8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进第 3章 LabVIEW 编程技术概述 16 行多点测温系统设计时要加以注意。 (3)连接 DS1820 的总线电缆是有长度限制的。 试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过 50m 时，读取的测温数据将发生错误。 当将总线 电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达 150m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。 这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。 因此，在用 DS1820 进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。 (4)在 DS1820 测温程序设计中，向 DS1820 发出温度转换命令后，程序总要等待 DS1820 的返回信号，一旦某个 DS1820 接触不好或断线，当程序读该DS1820 时，将没有返回信号，程序进入死循环。 这一点在进行 DS1820 硬件连接和软件设计时也要 给予一定的重视。 光电耦合器 MOC3041 MOC3041 器件由砷化硅发光二极管与执行过零出发的双向可控硅组成。 输入部分是一个砷化镓发光二极管，在 5~15mA 正向电流的作用下发出足够强度的红外光去触发输出部分。 输出部分包括一个硅光敏双向可控硅和过零触发器。 在红外线的作用下，双向可控硅可双向导通 311 极限参数 (TA=25℃ ) 参数 符号 数值 单位 红外线发射二极管 反向电压 VR 6 V 正向连续电流 IF 60 mA 总功耗 PD 120 mW 输出驱动 截止状态时的端电压 VDRM 400 V 峰值重复浪涌电流 ITDM 1 A 总功耗 PD 150 mW 整个器件 绝缘电压 VISO 7500 Vac(pk) 总功耗 PD 250 mW 结温范围 TJ 40～＋ 100 ℃ 工作环境温度范围 TA 40～＋ 85 ℃ 贮藏温度 Tstg 40～＋ 150 ℃ 焊接温度 TL 260 ℃ 绝缘电压 (VISO)是内部器件介质击穿参数．在这里，１脚和２脚是公用第 3章 LabVIEW 编程技术概述 17 的，４、 5和 6脚是公用的。 312 电学特性 电学特性 符号 最小值 典型值 最大值 单位 输入 LED 反向漏电流 (VR=6V) IR 100 uA 正向电压 (IF=30mA) VF V 输出检测 发光二极管两个方向关闭漏电流 IDRM1 2 100 nA 导通状态下峰值电压 VTM 3 Volts 静。