电容式湿度测量Word格式文档下载.docx

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PIC16xx系列微控制器中的一种，它由高性能RISC结构的CPU、存储器、I/O接口和复位电路等组成。

外部结构特点是28脚双列直插式大规模集成芯片。

各引脚功能如下：

OSC1/CLKIN：

为晶体振荡器输入/外部时钟源输入引脚。

OSC2/CLKOUT：

晶体振荡器输出/外部时钟源输出引脚。

在晶体振荡器方式下，接晶体或陶瓷振荡器；

在RC振荡方式，输出1/4fosc。

MCLR/Vpp：

芯片复位/编程电压输入脚，复位时，低电平有效。

RA0/AN0～RA5/AN4/SS：

复用引脚，RA0～RA5为双向数据线；

AN0～AN4为A/D输入输出通道；

RA5～AN4/SS还可作为同步串口使用。

RB0～RB7：

B口双向数据信号线，其引脚含有可控的弱上拉电阻。

其中，RB4/INT可作为外部中断输入端；

RB4～RB7可产生变化中断；

RB6可作为串行编程的时钟端；

RB7可作为串行编程的数据端。

RC0～RC7：

复用引脚，为C口双向数据信号线，C口引脚均为多功能复用引脚。

RC0/T1OS0/T1CK1可选择TMR1振荡器输出或TMR1时钟输入；

RC1/T1OS1/CCP2可作为TMR1振荡器输入或捕捉器2输入/比较器输出/PWH2输出；

RC2/CCP1可作为捕捉器1输入/比较器输出/PWH1输出；

RC3/SCK/SCL可作为同步串行时钟输入/SPI的I2C方式输入；

RC4/SDI/SDA可作为SPI数据输入（SPI）或数据I/O（I2C）；

RC6/SDO可作为SPI数据输出（SPI）；

RC6/TX/CK可以作为异步发送或SCI同步时钟线；

RC7/RX/DT可以作为异步接收或SCI同步数据线。

内部结构特：

a.高性能CPU

仅35条单字指令，采用的时钟频率为20MHz，指令周期为200ns；

具有8级深度的硬件堆栈；

具有中断能力，有11个中断源；

带有片内RC振荡器的看门狗（WDT）；

具有程序保密位，可防止非法拷贝；

具有低功耗SLEEP方式，功率低，采用高速CMOS&

nbsp;

EPROM工艺制造；

可选择不同的振荡器方式；

工作电压为3.0V～6.0V。

b.分离的程序和数据空间

该PIC器件带有13位程序存储器，最大寻址能力为8k×

14位，用户存储空间（0000～0FFFh）共4k×

14位。

当访问大于以上地址范围的物理存储空间时，可采用滚动循环访问方式。

数据存储区分为每个存储体Bank0和Bank1，每个存储体又由通用寄存器和专用寄存器构成。

当状态寄存器中的RP0位为0时，选中Bank0；

RP0为1时选中Bank1。

每个存储体最大可以扩展到7Eh（128个字节）。

在每个存储体中，专用寄存器被安排在低空间，用SRAM实现的通用寄存器被安排在高地址空间。

专用寄存器中含有A/D的寄存器。

c.完善的串行通信接口（SCI）

SCI利用RC6和RC7两个引脚来作为通信线的二线制串行通信接口。

它们可被定义为三种方式：

全双工异步方式、半双工同步主控方式和半双工同步从动方式。

SIC部件含有两个8位的可读写状态和控制寄存器，分别为发送和控制寄存器TXSTA、接收和控制寄存器RCSTA。

d.片内器件模块

有3个定时/计数器和3个双向I/O口。

含有16位捕捉/比较/PWM模块。

其中捕捉器的最大分辨率为12.5ns；

而比较器的最大分辨率为200ns；

PWM的分辨率为10位。

带有5路A/D转换器和A/D中断功能。

基于PIC16C73的智能售电系统笔者在开发智能电表售电系统时，采用PIC16C73单片机设计了一个PIC通信通道来作为遥控器和PC机间的数据通信通道。

将红外遥控器插入通信通道即可与PC机进行数据交换。

首先，PIC通信通道取红外线遥控器中的用户识别码并送入PC机，由PC机的数据库管理模块完成用户的注册、注销和售电等工作；

然后，再由PIC通信通道将PC机的RS232C串行通信接口输出的用户识别码及所售电量送入红外线遥控制中，最后再由红外线遥控器将售电量送入智能电表。

该智能电表售电系统的功能结构框图如图3所示。

PIC通信通道的硬件系统设计该智能电表售电系统的PIC通信通道的硬件电路结构。

PC机与PIC通信通道采用异步串行通信方式，但由于PC机的RS-232C串行通信接口传输的信号为CMOS电平，而PIC16C73的串行通信接口传输的信号为TTL电平，因而通信通道采用MAX-232芯片来完成信号电平的自动转换；

而PIC通信通道与红外线遥控器则采用并行通信方式进行信息传输，此时，PIC16C73单片机使用RB口作为并行I/O口。

为了能让用户认可售电信息，笔者专门设计了由MC14499芯片来完成7段显示器的硬件驱动显示电路。

PIC通信通道的软件设计

为确保PIC单片机与PC机之间以及PIC单片机与红外线遥控器之间能够准确的进行信息通信，双方制定了一个合理的、可行的通信协议。

a.PIC16C73与PC机之间的通信协议PIC16C73通信波特率为9600bps；

通信采用查询方式，差错控制采用奇偶校验法；

数据的帻格式为1位起止位、8位数据位、1位奇偶位、1位停止位；

双方设置的握手信号如下：

“FFH”：

为PC机请求接收信号；

“01H”：

为PC机接收信号完毕；

b.PIC16C73与红外线遥控器的通信协议PIC16C73与红外遥控器设置的握手信号为：

“00H”为红外线遥控器发送数据准备就绪；

单片机接收数据准备就绪；

“FFH”为单片机发送数据准备就绪；

红外线遥控器接收数据准备就绪；

“$”为数据传送结束标志。

4&

结束语Microchip公司的PIC系列单片机具有实用、低价、易学、省电、高速和体积小等特点。

该系列单片机不是单纯的功能堆积，而是以多型号来满足不同层次的需要，并可提供低价的OTP芯片。

另外，该系列单片机还具有低功耗睡眠功能、掉电复位锁定、上电复位电路、看门狗电路等功能，而且外围器件少、占用空间小；

成本低，保密技术也十分可靠，可最大限度地保护开发者的利益。

因此，在工业控制、仪器仪表、计算机、家电等诸多领域具有极其广阔的发展前景。

1.2.2DS1820的特性

1DS1820

·

单线接口：

仅需一根口线与MCU连接

无需外围元件

由总线提供电源

测温范围为-55℃～75℃，精度为0.5℃

九位温度读数

A/D变换时间为200ms

用户自设定温度报警上下限，其值是非易失性的

报警搜索命令可识别哪片DS1820超温度限

2DS1820引脚及功能

GND：

地；

DQ：

数据输入／输出脚（单线接口，可作寄生供电）；

VDD：

电源电压

3）DS1820的工作原理

①64bit闪速ROM；

②温度传感器；

③非易失性温度报警触发器TH和TL。

64bit闪速ROM的结构如表1.1所示：

表1.1闪速ROM的结构

8bit检验CRC

48bit序列号

8bit工厂代号（10H）

USBLSBUSBLSBUSBLSB

它既可寄生供电也可由外部５Ｖ电源供电。

在寄生供电情况下，当总线为高电平时，DS1820从总线上获得能量并储存在内部电容上当总线为低电平时，由电容向DS1820供电。

DS1820的测温原理：

内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲计数，低温时振荡器的脉冲可以通过门电路，而当到达某一设置高温时振荡器的脉冲无法通过门电路。

计数器设置为-55℃时的值，如果计数器到达0之前，门电路未关闭，则温度寄存器的值将增加，这表示当前温度高于-55℃。

同时，计数器复位在当前温度值上，电路对振荡器的温度系数进行补偿，计数器重新开始计数直到回零。

如果门电路仍然未关闭，则重复以上过程。

温度表示值为9bit，高位为符号位，其结构如下：

MSBLSB

1

符号位次数代表-25℃

对DS1820的使用，多采用单片机实现数据采集。

处理时，将DS1820信号线与单片机一位口线相连，单片机可挂接多片DS1820，从而实现多点温度检测系统。

系统对DS1820的操作以ROM命令和存储器命令形式出现。

1.3DS1820命令简介

DS1820在本设计中的应用非常重要，要想很好的应用DS1820必须对它的各个代码指令有所了解。

1.3.1ROM命令代码及其含义

READROM命令代码〔33H〕：

如果只有一片DS1820，可用此命令读出其序列号，若在线DS1820多于一个，将发生冲突。

MATCHROM命令代码〔55H〕：

多个DS1820在线时，可用此命令匹配一个给定序列号的DS1820，此后的命令就针对该DS1820。

SKIPROM命令代码〔CCH〕：

此命令执行后的存储器操作将针对在线的所有DS1820。

SEARCHRDH命令代码〔F0H〕：

用以读出在线的DS1820的序列号。

ALARMSEARCH命令代码〔ECH〕：

当温度值高于TH或低于TL中的数值时，此命令可以读出报警的DS1820。

1.3.2存储器操作命令代码及其含义

WRITESCRATCHPAD命令代码〔4EH〕：

写两个字节的数据到温度寄存器。

READSCRATCHPAD命令代码[BEH]：

读取温度寄存器的温度值。

COPYSCRATCHPAD命令代码〔48H〕：

将温度寄存器的数值拷贝到EERAM中，保证温度值不丢失。

CONVERT命令代码〔44H〕：

启动在线DS1280做温度A/D转换。

RECALL 

EE命令代码〔B8H〕：

将EERAM中的数值拷贝到温度寄存器中。

READPOWERSUPPLY命令代码〔B4H〕：

在本命令送到DS1280之后的每一个读数据间隙，指出电源模式：

“0”为寄生电源；

“1”为外部电源。

DS1820单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念。

因此系统对DS1820的各种操作必须按协议进行。

操作协议为：

初始化DS1820（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。

1.4原理及程序流程图

原理图很流程图在设计中可以帮助我们对电路的了解和分析有帮助，它能清楚直观的将电路表示出来。

1.4.1温度检测系统原理及程序流程图

温度检测系统原理图如图1-1所示，采用寄生电源供电方式。

为保证在有效的DS1820时钟周期内，提供足够的电流，我们用一个MOSFET管和89C51的一个I/O口（P1.0）来完成对DS1820总线的上拉。

当DS1820处于写存储器操作和温度A/D变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10μs。

采用寄生电源供电方式时VDD必须接地。

由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三态的，为了操作方便我们用89C51的P1.1口作发送口Tx,P1.2口作接收口Rx。

通过试验我们发现此种方法可挂接DS1820数十片，距离可达到５０米，而用一个口时仅能挂接10片DS1820，距离仅为20米。

同时由于读写在操作上是分开的故不存在信号竞争问题。

图1-1采用寄生电源供电的DS1820温度检测系统

DS1820测量温度时使用特有的温度测量技术。

DS1820内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号f0，高温度系数振荡器则将被测温度转换成频率信号f。

当计数门打开时，DS1820对f0计数，计数门开通时间由高温度系数振荡器决定。

芯片内部还有斜率累加器，可对频率的非线性予以被偿。

测量结果存入温度寄存器中。

一般情况下的温度值应为9位（符号点1位），但因符号位扩展成高8位，故以16位被码形式读出，表1.2给出了温度和数字量的关系。

表1.2DS1820温度数字对应关系表

温度℃

输出的二进制码

对应的十六进制码

+125

0000000011111010

00FAH

+25

0000000000110010

0032H

+1/2

0000000000000001

0001H

0000000000000000

0000H

-1/2

1111111111111111

FFFFH

-25

1111111111001110

FFCEH

-55

111111*********0

FF92H

1.4.264位激光ROM

64位ROM的结构如下：

开始8位是产品类型的编号（DS1820为10H），接着是每个器件的唯一的序号，共有48位，最后8位是前56位的CRC校验码，这也是多个DS1820可以采用一线进行通信的原因。

主机操作ROM的命令有五种，如表1.3所列。

表1.3DS180的ROM命令

指 

令

说 

明

读ROM（33H）

读DS1820的序列号

匹配ROM（55H）

继读完64位序列号的一个命令，用于多个DS1820时定位

跳过ROM（CCH）

此命令执行后的存储器操作将针对在线的所有DS1820

搜ROM（F0H）

识别总线上各器件的编码，为操作各器件作好准备

报警搜索（ECH）

仅温度越限的器件对此命令作出响应

1.4.3高速暂存器

它由便笺式RAM和非易失性电擦写EERAM组成，后者用于存储TH、TL值。

数据选写入RAM，经校验后再传给EERAM。

便笺式EAM点9个字节，包括温度信息（第1、2字节）、TH和TL值（3、4字节）、计数寄存器（7、8字节）、CRC（第9字节）等，第5、6字节不用。

暂存器的命令共6条，见表1.4所列。

表1.4DS1820贮控制命令

温度转换（44H）

启动在线DS1820做温度A/D转换

读数据（BEH）

从高速暂存器读9bits温度值和CRC值

写数据（4EH）

将数据写入高速暂存器的第2和第3字节中

复制（48H）

将高速暂存器中第2和第3字节复制到EERAM

读EERAM（B8H）

将EERAM内容写入高速暂存器中第2和第3字节

读电源供电方式（B4H）

了解DS1820的供电方式

在正常测温情况下，DS1820的测温分辨力为0.5℃，可采用下述方法获得高分辨率的温度测量结果：

首先用DS1820提供的读暂存器指令（BEH）读出以0.5℃为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位（LSB），得到所测实际温度的整数部分Tz，然后现用BEH指令取计数器1的计数剩余值Cs和每度计数值CD。

考虑到DS1820测量温度的整数部分以0.25℃、0.75℃为进位界限的关系，实际温度Ts可用下式计算：

Ts=（Tz-0.25℃）+（CD-Cs）/CD

1.4.4告警信号

DS1820完成温度转换后，就把测得的温度值与TH、TL作比较。

若T>

TH或T<

TL，则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的告警搜索命令作出响应。

因此，可用多只DS1820同时测量温度并进行告警搜索。

一旦某测温点越限，主机利用告警搜索命令即可识别正在告警的器件，并读出其序号，而不必考虑非告警器件。

1.4.5CRC的产生

在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（CRC）。

主机根据ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS1820中的CRC值作比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。

CRC的函数表达式为：

CRC=X8+X5+X3+1。

此外，DS1820尚需依上式为暂存器中的数据来产生一个8位CRC送给主机，以确保暂存器数据传送无误。

1.5多路温度测控仪的电路设计

用单片机控制的多路测度测控仪的电路。

现用6只DS1820同时测控6路温度（视实际需要还可任意扩展通道数）。

采用89C51单片机，其P1.1口接单线总线。

DS1820采用寄生电源供电方式。

为保证在有效的DS1820时钟周期内能提供足够的电流，图4中采用一个MOSFET管和89C51的H.0口来完成对DS1820的总线上拉。

P1.2～P1.7口用来输出温度测控信号，经驱动器MC1413后分别驱动6只固态继电器，通过改变加热或致冷系统的工作状态，可实现对被监测系统的实时控制。

为提高系统的可靠性，该系统设计了由硬件与软件组成的“看门狗”。

硬件看门狗由MAX813L及其外围电路组成，同时还具有电源监控和复位功能。

P1.1定时输出喂狗，按键S1为手动复位。

键盘扫描和动态扫描的显示共用一片可编程接口芯征8279，显示采用8位共阴极LED数码管，它可用来显示通道数、温度测量值以及TH、TL的值。

无论是单点还是多点温度检测，在系统安装及工作之前，应将主机逐个与DS1820挂接，读出其序列号。

其工作过程为：

主机Tx发一个脉冲，待“０”电平大于480μs后，复位DS1820，待DS1820所发响应脉冲由主机Rx接收后，主机Tx再发读ROM命令代码33H（低位在前），然后发一个脉冲（15μs）并接着读取DS1820序列号的一位。

用同样方法读取序列号的56位。

对于图５系统的DS1820操作的总体流程图。

它分三步完成：

①系统通过反复操作，搜索DS1820序列号；

②启动所有在线DS1820做温度A/D变换；

③逐个读出在线DS1820变换后的温度数据。

主机启动温度变换并读取温度值的详细流程图.；

主机写入存储器数据详细流程图。

当有更多的检测点需要测温时，可利用89C51的其它口进行扩展。

同时，也可利用89C51的串行通信口（RXD，TXD）与上位计算机进行通信，从而构成微机温度测量系统网需要注意的是，在系统安装及工作之前应将主机逐个与DS1820挂接，以读出其序列号。

主机发出一个脉冲，待“0”电平大于480μs后，复位DA1820，在DS1820所发响应脉冲由主机接收后，主机再发读ROM命令代码33H，然后发一个脉冲（15μs），并接着读取DS1820序列号的一位。

另外，由于DS1820单线通信功能是分时完成的，遵循严格的时隙概念，因此，系统对DS1820和各种操作必须按协议进行，即：

第2章硬件设计

2．1系统简介

该装置可实现的功能如下：

在0～50℃和20%～98%RH间任意设定温湿度控制点；

可以对环境温湿度的控制可满足指标

可实时监测环境温湿度的变化情况，并记录、存储相关数据；

温湿度的控制精度分别为：

温度（0～50℃）+0.5℃；

湿度（20%～98%RH）+2%～3%RH。

该装置的扩展功能

具有多点定时控制电路；

设有语音提示功能，可方便地实现仪器操作和工作管理提示；

配有通信接口，可方便地与计算机进行通信；

2．2硬件设计

该装置的硬件框图如图2-1所示。

他主要由单片机PIC16C73及外部电路构成。

PIC16C73是由美国Microhip公司生产的8位单片微机，采用harvard结构，这种结构可使指令执行和取指操作重叠进行，因而具有很高的执行速度。

他只有35条单字节指令，除了跳转指令是2周期指令外，其他指令都是单周期指令。

这些特点使它较之于别的8位单片机节省了1/2的程序空间，并且有4：

1的速度优势。

PIC16C73在芯片内集成了一个8位算术逻辑单元和工作寄存器、4K程序存储器、192个数据寄存器、22个I/O口、3个定时/计数器及2个扑捉/比较/PWM模块和2个串行口。

其中A/D转换器具有5路模拟量输入端，同时还具有时钟、复位、看门狗定时等。

这五路模拟量输入通道共同复用一个采样/保持和A/D转换器。

PIC16C73外接温湿度采样电路及电器驱动电路，因而可实现对温度的控制。

该系统硬件主要包括本机地址设定电路、采样电路、键盘显示电路、看门狗电路、电器驱动电路、时间设置及定时驱动电路、RS－232通信等电路。

图2-1电路图

2.3电路设计

设计出合理而用的电路是我们设计的目