智能风扇调速系统的设计(4)

图3.1 单片机最小工作模块

3.1.2 DS18B20数字温度传感器简介

DS18B20是美国DALLAS半导体器件公司推出的单总线数字化智能集成温度传感器。单总线(1-Wire)是DALLAS公司的一项专有技术,它采用单根信号线,既传输时钟又传输数据,而且数据传输是双向的,具有节省I/O口线资源、结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等诸多优点。

DS18B20特点如下：

(1)采用独特的单总线接口方式，即只有一根信号线与控制器相连，实现数据的双向通信，不需要外部元件；

(2)测量结果直接输出数字温度信号，以单总线串行传送给控制器，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；

(3)支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三根线上，实现组网多点测量；

(4)适应电压范围宽3.0-5.5V，不需要备份电源、可用数据线供电，温度测量范围为-55℃~125℃，-10℃~85℃时测量精度为±0.5℃；

(5)通过编程可实现9~12位的数字值读数方式，对应的可分辨温度分别为0.5℃，0.25℃，0.125℃，0.0625℃，实现高精度测温；

(6)负压特性。电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 DS18B20内部结构图及其封装如图3.2和3.3所示。

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DQ 64位光刻ROM及单总线接口 存储及寄存逻辑 高速暂存寄存器 温度传感器 上限寄存器 下限寄存器 结构寄存器 接地

供电方 电源 式检测

8位CRC发生图3.2 DS18B20内部结构图

I/O VCC 1 8 DS18B20 GND 2 7 NC 1 2 3 NC 3 DS18B20 6 NC 4 5 NC NC

GND I/O UDD

图3.3 DS18B20的封装

DS18B20采用3脚TO-92封装或8脚SOIC及CSP封装方式。图2-8所示为DS18B20的内部结构框图，它主要包括寄生电源、温度传感器、64位光刻ROM及单总线接口、存放中间数据的高速暂存器（内含便笺式RAM）、存储与控制逻辑、用于存储用户设定的温度上下限值的TH和TL触发器、结构寄存器、8位循环冗余校验码（CRC）发生器等八部分。

64位ROM的结构如图3.4所示，开始8位是产品类型的编号；接着是每个器件唯一的序号共48位；最后8位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可采用单线进行通信的原因。非易失性温度报警触发器TH、TL，可以通过编程写入用户报警上下线数据。

8位检验CRC MSB LSB 48位序列号 MSB LSB 8位工厂代码（10H） MSB LSB

图3.4 64位ROM示意图

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DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容对照，若T>TH或T

在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC）。主机根据ROM的前56位来计算CRC值，并与存入DS18B20的CRC值作比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。如图3.5所示，是DS18B20在电路中的接发，本设计采用的是单独电源供电方式。

图3.5 DS18B20电路

3.1.3 八段LED数码管简介

设计采用共阴极四位数码管显示数据，单片机P0口加上拉电阻驱动数码管的段码，数码管位选端可直接单片机，即可驱动点亮数码管，数码管正反如图3.8所示。

图3.6 数码管实物图

LED数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。如：显示一个“2”字，那么应当是a亮b亮g亮e亮d

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亮f不亮c不亮dp不亮。LED数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。

透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O口，而且功耗更低。

3.2 电路设计

3.2.1 开关复位与晶振电路

在单片机应用系统中，出单片机本身需要复位以外，外部扩展I/O接口电路也需要复位，因此需要一个包括上电和按钮复位在内的系统同步复位电路。单片机上的XTAL1和XTAL2用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接单片机内OSC的定时反馈回路。笨设计中开关复位与晶振电路如图3.7所示，当按下按键开关S1时，系统复位一次。其中电容C1、C2为33pF，C3为10uF，电阻R2、R3阻值为10k，晶振频率为12MHz。

图3.7 系统复位与晶振电路

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3.2.2 独立按键连接电路

按键包括三个独立按键S1、S2、S3和一个复位键S4，独立按键一端分别与单片机的P35、P36、P37口连接，另一端接地，当按下任一键时，P1口读取低电平有效。系统上电后，进入按键扫描子程序，以查询的方式确定各按键，完成温度初值的设定。S1是功能键，按一次，可以进行上限温度设置，按两次，可以进行下限温度设置，按第三次恢复温度显示;S2按键是增加键，可以对上限温度或下限温度进行增大调整;S3按键是减小键，可以对下限温度或下限温度进行减小调整。其连线图如图3.7所示。

图3.7 独立按键连接电路

3.2.3 数码管显示电路

本设计制作中选用四位共阴极数码管作为显示模块，它和单片机硬件的接口如图3.8所示。其中前3位数码管DS1、DS2、DS3用于显示温度传感器实时检测采集到的温度，可精确到0.1摄氏度，显示范围为0～99.9摄氏度；后2位数码管DS4、DS5用于显示系统设置的初值温度，只能显示整数的温度值，显示范围为0～99摄氏度。5位数码管的段选a、b、c、d、e、f、g、dp线分别与单片机的P0.0～P0.7口连接，其中P0口需要接一10K的上拉电阻，以使单片机的P0口能够输出高低电平。5位数码管的位选W1～W5分别与单片机的P2.0～P2.4口相连接，只要在P2.0～P2.4口任一位中输出低电平，则选中与该位相连的数码管。

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