溫度傳感器工作原理

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-CAL-本頁僅作為文檔封面，使用請直接刪除溫度傳感器工作原理(總14頁)溫度傳感器工作原理1.引腳★●GND接地。●DQ為數(shù)字信號輸入\輸出端?！馰DD為外接電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）2.與單片機的連接方式★單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20與單片機連接電路非常簡單，引腳1接地（GND），引腳3（VCC）接電源+5V，引腳2（DQ）接單片機輸入\輸出一個端口，電壓+5V和信號線（DQ）之間接有一個4.7k的電阻。由于每片DS18B20含有唯一的串行數(shù)據(jù)口，所以在一條總線上可以掛接多個DS18B20芯片。外部供電方式單點測溫電路如圖★外部供電方式多點測溫電路如圖★3.DS18B20的性能特點DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)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(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9~12位的數(shù)字值讀數(shù)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(jìn)行通信。多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能。不需要外部器件。在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0~5.5V。零待機功耗。溫度以9~12位數(shù)字量讀出用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置。報警搜索命令識別并標(biāo)識超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件。負(fù)電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，只是不能正常工作。4.內(nèi)部結(jié)構(gòu).DS18B20采用3腳PR—35封裝或8腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖★64位ＲＯＭ的位結(jié)構(gòu)如圖★◆。開始８位是產(chǎn)品類型的編號；接著是每個器件的唯一序號，共有４８位；最后８位是前面５６位的ＣＲＣ檢驗碼，這也是多個DS18B20可以采用單線進(jìn)行通信的原因。非易失性溫度報警觸發(fā)器ＴＨ和ＴＬ，可通過軟件寫入用戶報警上下限數(shù)據(jù)。8位檢驗CRC48位序列號8位工廠代碼MSBLSBMSBLSBMSBLSBDS18B20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E2PROM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為9字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖★。前2字節(jié)包含測得的溫度信息。第3和4字節(jié)是TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第5字節(jié)為配置寄存器，其內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，DS18B20工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)化為相應(yīng)精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖★，其中，低5位一直為1；TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式，在DS18B20出廠時，該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動；R0和R1決定溫度轉(zhuǎn)化的精度位數(shù)，即用來設(shè)置分辨率，其定義方法見表★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)是前面所有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。當(dāng)DS18B20接收到轉(zhuǎn)化命令后，開始啟動轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化完成后的溫度值就以16位的帶符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補碼形式存儲在高速暫存RAM的第1、2字節(jié)中。單片機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0.0625℃／LSB形式表示。溫度值格式如圖★圖中，S表示符號位。當(dāng)S=0時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制；當(dāng)S=0時，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補碼變成原碼，再計算十進(jìn)制值。DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)化后，就把測得的溫度值與RAM中的TH、TL字節(jié)內(nèi)容作比較，若T＞TH或T＜TL，則將該器件內(nèi)的報警標(biāo)志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只DS18B20同時測量溫度并進(jìn)行報警搜索。5DS18B20通信協(xié)議在對DS18B20進(jìn)行讀寫編程時，必須嚴(yán)格保證讀寫時序，否則將無法讀取溫度結(jié)果。根據(jù)DS18B20通信協(xié)議，主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)化必須經(jīng)過3個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，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500us，然后釋放，DS18B20收到信號后等待16～60us，然后發(fā)出60～240us的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。DS18B20的ROM指令如表★◆，RAM指令如表★◆表★◆ROM指令表指令約定代碼功能溫度變化44H啟動DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換時最長為750ms（9位為93.75ms），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3、4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)復(fù)制暫存器48H將RAM中第3、4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到E2PROM中重調(diào)E2PROM0B8H將E2PROM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表★◆RAM指令表指令約定代碼功能讀ROM33H讀取DS18B20溫度傳感器ROM中的編碼（即64位地址）符合ROM55H發(fā)出命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單總線上與該編碼對應(yīng)的DS18B20，使之作出響應(yīng)，為下一步對該DS18B20讀寫作準(zhǔn)備搜索ROM0F0H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ROM0CCH跳過ROM工作報警搜索命令0ECH執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的芯片才能作出響應(yīng)6.使用注意事項●因為硬件開銷小，需要復(fù)雜的軟件進(jìn)行補償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS18B20進(jìn)行讀寫編程時必須嚴(yán)格保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。●當(dāng)單總線上所掛DS18B20超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進(jìn)行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時需加以注意?！襁B接DS18B20電纜的長度超過50m時，最好采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對為接地線與信號線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點接地，正常通信距離可達(dá)150m。●在DS18B20測溫程序中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換時總要等到DS18B20的返回信號，一旦某個DS18B20接觸不好或斷線當(dāng)程序讀該DS18B20時，將沒有返回信號，程序進(jìn)入死循環(huán)。7．溫度數(shù)據(jù)的計算處理方法從DS18B20讀取出的二進(jìn)制值必須先轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制值，才能用于字符的顯示。DS18B20的轉(zhuǎn)換精度為9~12位可選，為了提高精度采用12位。在采用12位轉(zhuǎn)換精度時，溫度寄存器里的值是以0.0625為步進(jìn)的，即溫度值為溫度寄存器里的二進(jìn)制值乘以0.0625，就是實際的十進(jìn)制溫度值。通過列舉觀察可以發(fā)現(xiàn)，一個十進(jìn)制值與二進(jìn)制值間有很明顯的關(guān)系，就是把二進(jìn)制的高字節(jié)的低半字節(jié)和低字節(jié)的高半字節(jié)組成一個字節(jié)，這個字節(jié)的二進(jìn)制值化為十進(jìn)制值后，就是溫度值的百、十、個位值，而剩下的低字節(jié)的低半字節(jié)化成十進(jìn)制后，就是溫度值的小數(shù)部分。因為小數(shù)部分是半字節(jié)，所以二進(jìn)制值范圍是0~F，轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制小數(shù)值就是0.0625的倍數(shù)（0~15倍）。這樣需要4位的數(shù)碼管來顯示小數(shù)部分。實際應(yīng)用不必有這么高的精度，采用一位數(shù)碼管來顯示小數(shù)，可以精確到0.1℃。表★◆就是二進(jìn)制與十進(jìn)制的近似對應(yīng)關(guān)系表。小數(shù)部分二進(jìn)制與十進(jìn)制的近似對應(yīng)關(guān)系表小數(shù)部分二進(jìn)制值0123456789ABCDEF十進(jìn)制值0011233455667889STR-36B的使用要點1.STR-36B功能概述STR-36B無線收發(fā)模塊是微功率、ISM全波段的無線通信模塊。該模塊內(nèi)置控制CPU；核心接收芯片外包金屬屏蔽外殼，保證了數(shù)據(jù)的可靠收發(fā)。2.STR-36B的實物照片、引腳及功能STR-36型引腳接口方式，為標(biāo)準(zhǔn)10針DIP連接Pin引腳名稱功能說明1GND電源地接電源地2VDD電源輸入+2.7---5.5VDC3TDB用戶備用接口可接用戶設(shè)備ADC,I/O口，作為功能擴(kuò)展使用；可不接4TDB用戶備用接口可接用戶設(shè)備ADC,I/O口，作為功能擴(kuò)展使用；可不接5RESET復(fù)位腳低電平有效，>15ms6TxD/TTL

串行數(shù)據(jù)發(fā)射端TTL(RxD)7RxD/TTL

串行數(shù)據(jù)接收端TTL(TxD)8WakeUP無線喚醒（輸出）無線信號喚醒用戶設(shè)備，高電平喚醒；9B(RxD)RS-485的B，RS-232的RxDDP(USB)

10

A(TxD)

RS-485的A，RS-232的TxDDN(USB)性能參數(shù)：型號STR-36型調(diào)制頻率標(biāo)準(zhǔn)型在315.00～470MHz，特殊型在2400～2500MHz用戶可選；調(diào)頻方式GFSK/MSK功能雙向發(fā)射/接收（半雙工）穩(wěn)頻方式PLL最大發(fā)射功率+10dBm靈敏度-118dBm工作電壓2.7--5.5V接口數(shù)據(jù)格式8E1/8N1/8O1可靠通信距離800m(outdoor)發(fā)射功耗27mA接收功耗16mA待機功耗10uA通信速率1.2kBit/s-300kBit/s用戶可選；用戶接口方式TTL接口/RS232接口/RS485接口；工作濕度10%~90%相對濕度無冷凝工作溫度-40℃~85℃外形尺寸43mmx20mmx5mm（不含天線）3.STR-36B的無線喚醒功能STR-36B無線發(fā)射模塊在沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，若沒有設(shè)置無線喚醒功能，則無線模塊一直保持發(fā)射或接收數(shù)據(jù)狀態(tài)；若設(shè)置無線喚醒功能，則無線模塊進(jìn)入休眠狀態(tài)。當(dāng)模塊的WKEN引腳接低電平時，模塊工作在無線喚醒模式下。模塊上電復(fù)位后，處于接收狀態(tài)，在持續(xù)3S的時間內(nèi)，如果沒有接收到串口發(fā)來的數(shù)據(jù)，或沒有收到有效數(shù)據(jù)，則模塊進(jìn)入休眠狀態(tài)。在休眠過程中，如果收到串口發(fā)來的喚醒信號或無線喚醒信號，則被喚醒，同時WKUP引腳輸出一個低電平脈沖信號。微處理器向該模塊的串口發(fā)1字節(jié)的數(shù)據(jù)可實現(xiàn)串口喚醒。模塊被喚醒后，若在3S的時間內(nèi)沒有收到串口發(fā)來的喚醒信號或無線喚醒信號，模塊又進(jìn)入休眠狀態(tài)。4.STR-36B無線模塊硬件電路設(shè)計●無線收發(fā)模塊電路天線的選擇天線的長度應(yīng)取發(fā)射的1\4波長，當(dāng)發(fā)射信號頻率為433MHZ時，天線的最佳長度為18cm。為匹配，這里選擇SANT307天線。無線收發(fā)模塊電路布局需要注意的問題無線收發(fā)模塊應(yīng)該安裝在電路板邊緣，離開周圍器件5mm以上，以免受分布參數(shù)影響而停震。無線收發(fā)模塊電路的電源設(shè)置在實際應(yīng)用中，STR-36B可與其他設(shè)備共用電源，但必須選擇紋波系數(shù)小的電源，不建議使用開關(guān)電源。另外，系統(tǒng)設(shè)備中若有其他設(shè)備，則需可靠接地。液晶顯示模塊LCM16021.1602字符型LCM的特性=1\*GB3①內(nèi)部具有字符發(fā)生器ROM（CGROM），即字符庫?？娠@示192個5×7點陣字符，如圖★，由該字符庫可看出LCM顯示的數(shù)字和字母部分的代碼值，恰好與ASCII碼表中的數(shù)字和字母相同。所以在顯示數(shù)字和字母時，只需向LCM送人對應(yīng)的ASCII碼即可。=2\*GB3②模塊內(nèi)有64字節(jié)的自定義字符RAM（CGRAM）用戶可自定義8個5×7點陣字符。③模塊內(nèi)有80字節(jié)的數(shù)據(jù)顯示存儲器（DDRAM）LCM引腳引腳號符號引腳功能1GND電源地2VDD+5V邏輯電源3VEE液晶驅(qū)動電源4RS寄存器選擇（1—數(shù)據(jù)寄存器，0—命令\狀態(tài)寄存器）5R\W讀\寫操作選擇6E使能（下降沿觸發(fā)）7～14DB0～DB7數(shù)據(jù)總線，三態(tài)引腳號符號引腳功能15E1背光電源，通常為+5V，并串聯(lián)一個電位器，調(diào)節(jié)背光亮度16E2背光電源地命令格式及功能說明1.清屏指令功能：<1>清除液晶顯示器，即將DDRAM的內(nèi)容全部填入"空白"的ASCII碼20H;

<2>光標(biāo)歸位，即將光標(biāo)撤回液晶顯示屏的左上方;

<3>將地址計數(shù)器(AC)的值設(shè)為0。2.光標(biāo)歸位指令功能：<1>把光標(biāo)撤回到顯示器的左上方;

<2>把地址計數(shù)器(AC)的值設(shè)置為0;

<3>保持DDRAM的內(nèi)容不變。3.進(jìn)入模式設(shè)置指令功能：設(shè)定每次定入1位數(shù)據(jù)后光標(biāo)的移位方向，并且設(shè)定每次寫入的一個字符是否移動。4.顯示開關(guān)控制指令功能：控制顯示器開/關(guān)、光標(biāo)顯示/關(guān)閉以及光標(biāo)是否閃爍。參數(shù)設(shè)定的情況如下：

位名

設(shè)置

D

0=顯示功能關(guān)

1=顯示功能開

C

0=無光標(biāo)

1=有光標(biāo)

B

0=光標(biāo)閃爍

1=光標(biāo)不閃爍

5.設(shè)定顯示屏或光標(biāo)移動方向指令功能：使光標(biāo)移位或使整個顯示屏幕移位。參數(shù)設(shè)定的情況如下：

S/C

R/L

設(shè)定情況

0

0

光標(biāo)左移1格，且AC值減1

0

1

光標(biāo)右移1格，且AC值加1

1

0

顯示器上字符全部左移一格，但光標(biāo)不動

1

1

顯示器上字符全部右移一格，但光標(biāo)不動

6.功能設(shè)定指令功能：設(shè)定數(shù)據(jù)總線位數(shù)、顯示的行數(shù)及字型。參數(shù)設(shè)定的情況如下：

位名

設(shè)置

DL

0=數(shù)據(jù)總線為4位

1=數(shù)據(jù)總線為8位

N

0=顯示1行

1=顯示2行

F

0=5×7點陣/每字符

1=5×10點陣/每字符

7.設(shè)定CGRAM地址指令功能：設(shè)定下一個要存入數(shù)據(jù)的CGRAM的地址。8.設(shè)定DDRAM地址指令

功能：設(shè)定下一個要存入數(shù)據(jù)的CGRAM的地址。9.讀取忙信號或AC地址指令功能：<1>讀取忙碌信號BF的內(nèi)容，BF=1表示液晶顯示器忙，暫時無法接收單片機送來的數(shù)據(jù)或指令;當(dāng)BF=0時，液晶顯示器可以接收單片機送來的數(shù)據(jù)或指令;<2>讀取地址計數(shù)器(AC)的內(nèi)容。10.數(shù)據(jù)寫入DDRAM或CGRAM指令一覽功能：<1>將字符碼寫入DDRAM，以使液晶顯示屏顯示出相對應(yīng)的字符;

<2>將使用者自己設(shè)計的圖形存入CGRAM。11.從CGRAM或DDRAM讀出數(shù)據(jù)的指令一覽AT89S51引腳圖,AT89S51單片機引腳說明及管腳定義

AT89S51引腳圖1AT89S51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(biāo)準(zhǔn)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，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。

AT89S51具有如下特點：40個引腳，4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲器，128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。

AT89S51引腳圖

此外，AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。

主要功能特性：

·兼容MCS-51指令系統(tǒng)

·4k可反復(fù)擦寫(>1000次）ISPFlashROM

·32個雙向I/O口

·4.5-5.5V工作電壓

·2個16位可編程定時/計數(shù)器

·時鐘頻率0-33MHz

·全雙工UART串行中斷口線

·128x8bit內(nèi)部RAM

·2個外部中斷源

·低功耗空閑和省電模式

·中斷喚醒省電模式

·3級加密位

·看門狗（WDT）電路

·軟件設(shè)置空閑和省電功能

·靈活的ISP字節(jié)和分頁編程

·雙數(shù)據(jù)寄存器指針編輯本段主要性能特點1、4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲器；2、128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）；3、32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口；4、5個中斷優(yōu)先級、2層中斷嵌套中斷；5、6個中斷源；6、2個16位可編程定時器/計數(shù)器；7、2個全雙工串行通信口；8、看門狗（WDT）電路；9、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；10、與MCS-51兼容；11、全靜態(tài)工作：0Hz-33MHz；12、三級程序存儲器保密鎖定；13、可編程串行通道；14、低功耗的閑置和掉電模式。管腳說明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(dāng)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)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)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口作為第八位地址接收。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(dāng)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(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，它利用內(nèi)部上拉優(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。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，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）