基于单片机的温度控制直流电动机转速系统设计 - 图文(3)

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图3 Protues仿真的晶振及复位图

3.2温度采集模块设计

温度是一种最基本的环境参数，在工农业生产及日常生活中对温度的测量及控制具有重要意义。本模块的功能是进行温度采集，获取温度数据然后经过单片机处理，由单片机来控制PWM的输出。 3.2.1方案论证：

方 案一

由于本模块是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到 A/D 转换电路 ， 其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算，感温电路比较麻烦。而且在对采集的信号进行放大时容易受温度的影响出现较大的偏差。

方案二

进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器 DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，电路简单，精度高，软硬件都以实现，而且使用单片机的接口便于系统的再扩展，满足设计要求 。

从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，费用较低，可靠性高，软件设计也比较简单，故采用了方案二。

DS18B20 的主要特征：

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? 全数字温度转换及输出。 ? 先进的单总线数据通信。

? 最高 12 位分辨率，精度可达土 0.5摄氏度。 ? 12 位分辨率时的最大工作周期为 750 毫秒。 ? 可选择寄生工作方式。

? 检测温度范围为–55℃ ～+125℃ (–67°F ～+257°F) ? 内置 EEPROM，限温报警功能。

? 64 位光刻 ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。 ? 多样封装形式，适应不同硬件系统。

该模块通过AT89C51 单片机驱动数字温度传感器DS18B20，进行温度数据采集、读取、处理，并通过LCD显示出来。

温度传感器是该模块的关键器件，本系统选用的是美国Dallas 半导体公司生产的数字化温度传感器 DS18B20。DS18B20 支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55℃～+125℃，被测温度用符号扩展的16 位数字量方式串行输出，在-10～+85℃ 范围内，精度为±0.5℃。DS18B20 采集到的现场温度直接以先进的单总线数据通信方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。DS18B20 可程序设定9～12 位的分辨率，精度可达±0.5℃。DS18B20具有内置的EEPROM，用户设定的分辨率和报警温度都可存储在其中，且掉电后依然存在。 3.2.2 DS18B20的内部结构

DS18B20内部结构由64bit闪速ROM、温度传感器、非易失性温度报警触发器TH和TL配置寄存器等4个数字器件组成，如图4。

温度传感器DS18B20是通过温度对振荡器的频率影响来测量温度，如图5。DS18B20内部有2个不同温度系数的振荡器，低温度系数振荡器输出的时钟脉冲信号在高温度系数振荡器产生的门周期内进计数。计数初值被预置-55℃相对的基数值，如计数器在高温度系数振荡器输出的门周期结束前计数为零，表示测量温度值高于-55℃，被预置在-55℃的温度寄存器的值加1，重复该过程，直到高温度系数振荡器门周期结束止，温度寄存器中的值就是被测的温度值。该值由主机通过发读存储器命令读出，经取补和十

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进制转换，得到实测的温度值。斜率累加器用于补偿和修正温度振荡器的非线性，以产生高分辨率的温度测量。通过改变温度每升高1℃，计数器须经计数值实行补偿。为获得所需分辨率，必须知道该数值及在给定温度处每1℃的计数值（斜率累加器的值）。

图4 DS18B20的内部结构

图5 DS18B20测温原理图

DS18B20的管脚排列如下图6所示:

图6管脚及实物图

DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VCC为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。

光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个

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DS18B20的目的。

DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例:用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。

图7 DS18B20的RAM

这是12位转化后得到的12位数据，存储在DS18B20的两个8比特的RAM中如图7所示，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于0.0625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再乘于0.0625即可得到实际温度。

例如+125℃的数字输出为07D0H，+25.0625℃的数字输出为0191H，-25.0625℃的数字输出为FF6FH，-55℃的数字输出为FC90H，温度代码对照如图8所示。

图8 温度代码对照

3.2.3 DS18B20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电擦除的ERAM,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个连续字节如图7所示，前两个字节是测得的温度信息，第一

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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。

图9 DS18B20的寄存器

该字节各位的意义如下：TM R1 R0

低五位一直都是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，如下表2所示：（DS18B20出厂时被设置为12位）分辨率设置表:

表2 DS18B20分辨率设置表

R1 0 0 1 1 R0 分辨率 0 1 0 1 9位 10位 11位 12位 温度最大转换时间 93.75ms 187.5ms 375ms 750ms 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。

CPU 只需一根端口线就能与DS18B20 进行通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。与前一代产品（DS1820 温度传感器）不同，DS18B20支持3.0V～5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便，而且DS18B20 价格更便宜，体积更小。

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