電熱水器智能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
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摘要熱水器就是指通過(guò)各種物理原理，在一定時(shí)間內(nèi)使冷水溫度升高變成熱水的一種裝置。熱水器按照原理不同可分為電熱水器、燃?xì)鉄崴?、太?yáng)能熱水器三種。而當(dāng)今社會(huì)使用最廣泛的就是電熱水器，電熱水器的特點(diǎn)是使用方便，能持續(xù)供應(yīng)熱水。而市場(chǎng)上傳統(tǒng)的機(jī)械式電熱水器控制功能不完善,而且精度低、可靠性差，生活質(zhì)量的提高使得消費(fèi)者對(duì)電熱水器要求越來(lái)越趨向于智能化和數(shù)字化，所以我設(shè)計(jì)了一種電熱水器，它以單片機(jī)為控制中心集多種功能于一身，工作可靠穩(wěn)定，節(jié)約能源，適合于廣大消費(fèi)者使用。 關(guān)鍵詞： 熱水器 安全 傳感器 漏電 調(diào)溫 顯示 Abstract The water- heater is to point to pass various physical principle, in certain time inside make cold water temperature degree 1 kind which goes up to become hot water equip.The water- heater can is divided into 3 kinds: the water- heater, solar energy water- heater of the electricity water- heater, Ran spirit according to the principle dissimilarity.But the social usage be the most extensive nowadays be give or get an electric shock a water- heater, the characteristics which gives or get an electric shock a water- heater is an usage convenience, can keep on supply hot water.But on the market traditional machine type electricity water- heater control the function be not perfect, and the accuracy be low, credibility bad, the exaltation which lives quality makes the consumer incline toward intelligence to turn to turn with numeral towards give or get an electric shock water- heater request more and more, so I designed a kind of electricity water- heater, it with single slice machine for the control centre gather various functions at the whole body and work credibility stability, economy energy, suitable for large consumer usage. The electricity water- heater that I design will be carry out as follows function: (1)Control the temperature precision.The temperature which adopts a high performance spreads a feeling machine solid hour collect water- heater internal water, send temperature signal after change for the electric voltage signal single slice machine processing, can with the figures tube of high and clear degree carry on solid hour show. (2)The dependable water level collects electric circuit, solid hour collect water level to provide search carry on a manifestation, be water level lead low hour hint for and stop heating, keep stem from burn. (3)Automatic examination water- heater whether be placed in normal work appearance, and have to adjust , constant temperature, defend stem to burn, defend extremely high, leakproof electricity many etc.s from check function, the usage door is in the process of use in the safety has a guarantee more. Keyword: Water- heater Safety Spread a feeling machine Electric leakage Adjust Show 目 錄 第1章 緒論 1 第2章 主要元器件的簡(jiǎn)介與選用 3 2.1 P87LPC762單片機(jī)的簡(jiǎn)介 3 2.1.1概述 3 2.1.2 P87LPC762單片機(jī)的特性 3 2.1.3 P87LPC762單片機(jī)的管腳配置 4 2.1.4 P87LPC762單片機(jī)的邏輯符號(hào) 4 2.1.5 增強(qiáng)型 MCU 4 2.1.6 模擬功能 5 2.1.7 模擬比較器 5 2.1.8 電源監(jiān)控功能 5 2.1.9 節(jié)電模式 6 2.2 數(shù)碼顯示器的簡(jiǎn)介 6 2.2.1數(shù)碼顯示器的發(fā)展歷程 6 2.2.2數(shù)碼顯示器的種類 6 2.3 數(shù)碼顯示器工作原理簡(jiǎn)介 7 2.3.1 輝光數(shù)碼管 7 2.3.2熒光數(shù)碼管 7 2.3.3液晶顯示器 8 2.3.4發(fā)光二極管顯示器 8 2.3.5常用顯示器的性能比較 9 2.3.6顯示器的選用 10 2.4 DS18B20型溫度傳感器 10 2.4.1 DS18B20簡(jiǎn)介 10 2.4.2 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 10 2.4.3 DS18B20的測(cè)溫原理 13 2.4.4 DS18B20與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì) 14 第3章 水溫檢測(cè)原理 17 3.1水溫檢測(cè)原理分析 17 第4章 漏電檢測(cè)原理 19 4.1漏電檢測(cè)原理分析 19 4.2整機(jī)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 20 結(jié)論 23 致謝 24 參考文獻(xiàn) 25 第1章 緒 論 熱水器就是指通過(guò)各種物理原理，在一定時(shí)間內(nèi)使冷水溫度升高變成熱水的一種裝置。熱水器按照原理不同可分為電熱水器、燃?xì)鉄崴鳌⑻?yáng)能熱水器三種。而當(dāng)今社會(huì)使用最廣泛的就是電熱水器，電熱水器的特點(diǎn)是使用方便，能持續(xù)供應(yīng)熱水。而市場(chǎng)上傳統(tǒng)的機(jī)械式電熱水器控制功能不完善,而且精度低、可靠性差，生活質(zhì)量的提高使得消費(fèi)者對(duì)電熱水器要求越來(lái)越趨向于智能化和數(shù)字化，所以我設(shè)計(jì)了一種電熱水器，它以單片機(jī)為控制中心集多種功能于一身，工作可靠穩(wěn)定，節(jié)約能源，適合于廣大消費(fèi)者使用。 我設(shè)計(jì)的電熱水器將實(shí)現(xiàn)如下功能： (1)對(duì)溫度精確控制.采用高性能的溫度傳感器實(shí)時(shí)采集熱水器內(nèi)水溫,將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)后送單片機(jī)處理,可用高清晰度的數(shù)碼管進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。 (2)可靠的水位采集電路，實(shí)時(shí)采集水位供查詢時(shí)進(jìn)行顯示，當(dāng)水位過(guò)低時(shí)給出提示并停止加熱，防止干燒。 (3)自動(dòng)檢測(cè)熱水器是否處于正常工作狀態(tài)，并具有調(diào)溫、恒溫、防干燒、防超高溫、防漏電等多項(xiàng)自檢功能，使用戶在使用過(guò)程中安全更有保障。 溫度傳感器 單片機(jī) 漏電保護(hù) 實(shí)時(shí)/設(shè)定溫度顯示 加熱管 第2章 主要元器件的簡(jiǎn)介與選用 2.1 P87LPC762單片機(jī)的簡(jiǎn)介 2.1.1 概述 P87LPC762是20腳封裝的單片機(jī)，適合于許多要求高集成度、低成本的場(chǎng)合?？梢詽M足多方面的性能要求。作為PHILIPS小型封裝系列中的一員，P87LPC762提供高速和低速的晶振和RC振蕩方式，可編程選擇。具有較寬的操作電壓范圍?？删幊蘄/O口線輸出模式選擇，可選擇施密特觸發(fā)輸入，LED驅(qū)動(dòng)輸出。有內(nèi)部看門狗定時(shí)器。P87LPC762采用加速80C51處理器結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行速度是標(biāo)準(zhǔn)80C51 CPU的兩倍。 2.1.2 P87LPC762單片機(jī)的特性 ● 操作頻率為 20MHz 時(shí)，除乘法和除法指令外，加速 80C51 指令執(zhí)行時(shí)間為 300～600ns。VDD=4.5～6.0V 時(shí)，時(shí)鐘頻率可高達(dá)到 20MHz，VDD=2.7～4.5V 時(shí),時(shí)鐘頻率最大為 10MHz。 ● VDD=4.5～6.0V（P87LPC765HDH） ● 數(shù)字信號(hào)的操作電壓為 2.7～6.0V。 ● P87LPC762 為 2K 字節(jié) OTP 程序存儲(chǔ)器，P87LPC764 為 4K 字節(jié) OTP 程序存儲(chǔ)器，128 字節(jié)的 RAM。32Byte用戶代碼區(qū)可用來(lái)存放序列碼及設(shè)置參數(shù)。 ● 2 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，每一個(gè)均可設(shè)置為超時(shí)溢出時(shí)相應(yīng)端口輸出。 ● 內(nèi)含 2 個(gè)精確模擬量比較器通過(guò)外接 RC 器件可組成二路 A/D 轉(zhuǎn)換器。 ● 全雙工通用異步接收/發(fā)送器及 I2C 通信接口。 ● 八個(gè)鍵盤中斷輸入，另加 2 路外部中斷輸入。4 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。 ● 看門狗定時(shí)器利用片內(nèi)振蕩,無(wú)需外接元件,看門狗定時(shí)器溢出時(shí)間有 8 級(jí)選擇。 ● 低電平復(fù)位。使用片內(nèi)上電復(fù)位時(shí)不需要外接元件。 ● 低電壓復(fù)位?？蛇x擇預(yù)先設(shè)定好的兩種電壓之一復(fù)位,當(dāng)?shù)綦姇r(shí)允許系統(tǒng)安全關(guān)閉。也可將其設(shè)置為一個(gè)中斷源。 ● 振蕩失敗檢測(cè)?？撮T狗定時(shí)器和片內(nèi)振蕩完全分開,因此它可作為振蕩器失敗探測(cè)器。 ● 可選擇片內(nèi)振蕩及其頻率范圍和 RC 振蕩(用戶通過(guò)對(duì) EPROM 位編程選擇)。選擇 RC 振蕩器時(shí)不需外接振蕩器件。 ● 可編程 I/O 口輸出模式：準(zhǔn)雙向口,開漏輸出,上拉和只有輸入功能?？蛇x擇施密特觸發(fā)輸入。 ● 所有口線均有 20mA 的驅(qū)動(dòng)能力。 ● 可控制口線輸出轉(zhuǎn)換速度以降低 EMI,輸出最小上升時(shí)間大約為 10ns。 ● 最少 15 個(gè) I/O 口,選擇片內(nèi)振蕩和片內(nèi)復(fù)位時(shí)可有多達(dá) 18 個(gè) I/O口。 ● 如果選擇片內(nèi)振蕩及復(fù)位時(shí),P87LPC762 僅需要連接電源線和地線。 串行 EPROM 編程允許對(duì)芯片進(jìn)行板上編程。2 位 EPROM 保密位可防止程序被讀出。 ● 空閑和掉電兩種省電模式。提供從掉電模式中喚醒功能（低電平中斷輸入啟動(dòng)運(yùn)行）。典型的掉電電流是 1A。 ● 20 腳 DIP、SO 和 TSSOP 封裝。 2.1.3 P87LPC762單片機(jī)的管腳配置 見圖2-1 圖2-1 2.1.4 P87LPC762單片機(jī)的邏輯符號(hào) 見圖2-2 圖2-2 2.1.5 增強(qiáng)型 MCU P87LPC762 采用增強(qiáng)型 80C51 MCU，其運(yùn)行速度是標(biāo)準(zhǔn) 80C51 的 2 倍，這意味著 P87LPC762 在 5MHZ 時(shí)性能和標(biāo)準(zhǔn) 80C51 采用 10MHZ 時(shí)性能相同。一個(gè)機(jī)器周期由 6 個(gè)振蕩周期組成，大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為 6 或 12 個(gè)振蕩周期，用戶亦可選擇工作在標(biāo)準(zhǔn) 80C51 MCU 時(shí)序，這時(shí)一個(gè)機(jī)器周期變?yōu)?12 個(gè)振蕩周期。以下章節(jié)中，“MCU 時(shí)鐘”指控制內(nèi)部指令執(zhí)行的時(shí)鐘。當(dāng)系統(tǒng)被設(shè)置成為標(biāo)準(zhǔn) 80C51 時(shí)序（由 CLKR 位確定）或通過(guò)設(shè)定 DIVM 寄存器分頻時(shí)，“MCU 時(shí)鐘”和外部所加時(shí)鐘不同。參考“振蕩器”一節(jié)有關(guān)敘述。 2.1.6 模擬功能 P87LPC762 有 2 個(gè)模擬比較器。為了獲取最佳性能和降低功耗，作為模擬功能使用的管腳必關(guān)閉數(shù)字信號(hào)輸入及輸出功能。 將口線功能由輸出轉(zhuǎn)為輸入功能（高阻抗）,禁止數(shù)字信號(hào)輸出功能，參見 I/O 口部分所述。 使用 PT0AD 寄存器，PORT0 口的數(shù)字輸入功能將被禁止，在 PT0AD 寄存器中每位均對(duì)應(yīng) PORT0 相應(yīng)位。置位 PT0AD中相應(yīng)位禁止此管腳作為信號(hào)數(shù)字輸入。當(dāng)數(shù)字輸入功能被禁止時(shí)，任何指令讀取該位時(shí)均為“0”。 2.1.7 模擬比較器 P87LPC762 有 2 個(gè)模擬比較器，輸入和輸出選擇允許比較器配置成為不同模式。當(dāng)正向輸入（二個(gè)選擇腳之一）電壓大于反向輸入時(shí)（可選擇為由外部管腳輸入或內(nèi)部參考電壓），輸出信號(hào)為“1”（可從寄存器讀或輸出到管腳），反之則輸出為“0”。輸出變化時(shí)每個(gè)比較器均可設(shè)置成產(chǎn)生中斷。 2.1.8 電源監(jiān)控功能 P87LPC762 內(nèi)含電源監(jiān)控功能用于防止（或減少）上電及掉電時(shí)的錯(cuò)誤操作。這是通過(guò)兩種硬件功能完成的：上電檢測(cè)及掉電檢測(cè)。 （1）掉電檢測(cè) 此功能用于防止當(dāng)電壓降至某一特定值之下時(shí)處理器錯(cuò)誤操作。 掉電檢測(cè)的默認(rèn)操作是產(chǎn)生一次處理器復(fù)位，同時(shí)亦可通過(guò)置位 AUXR1 寄存器內(nèi) BOI 位（AUXR1.5）配置為產(chǎn)生一個(gè)中斷。 P87LPC762 掉電電平可選 2.5V 或 3.8V，當(dāng) VDD 掉至所選電壓以下時(shí)，掉電檢測(cè)器觸發(fā)并保持到 VDD 返升至該電平之上。當(dāng)?shù)綦姍z測(cè)產(chǎn)生一次處理器復(fù)位,該復(fù)位將一直保持到 VDD 上升到檢測(cè)電平之上。每當(dāng) VDD 從檢測(cè)電平以上降到檢測(cè)電平以下掉電檢測(cè)產(chǎn)生一次中斷, 為了處理中斷, 中斷系統(tǒng)及 BOI 必須均被使能(通過(guò) IEN0 中的 EA 和 EB0)。 當(dāng)檢測(cè)到掉電時(shí)，PCON 寄存器內(nèi) BOF 標(biāo)志置位以便軟件判斷復(fù)位原因。該標(biāo)志需要軟件清除。 欲正確檢測(cè)到掉電，VDD 下降速度不得快于 50mV/μs，為得到正確的復(fù)位，VDD 恢復(fù)時(shí)上升速度不得快于 2 mV/μs。 掉電保護(hù)電壓（2.5V 或 3.8V）通過(guò) EPROM 配置寄存器 UCFG1 內(nèi) BOV 位來(lái)選擇。未編程時(shí)(BOV=1)，該電壓為2.5V，編程 RG （BOV=0），該電壓為 3.8V。 在某些應(yīng)用中不需要掉電檢測(cè)功能時(shí)，可將它關(guān)閉以節(jié)約電能?？蓪?duì) AUXR1 寄存器中的 BOD 位置位（AUXR1.6）來(lái)關(guān)閉此功能。 （2）上電檢測(cè) 上電檢測(cè)功能類似于掉電檢測(cè),但設(shè)計(jì)成為首次上電時(shí)有效,在供電電壓上升到掉電檢測(cè)門檻電平時(shí)有效。當(dāng)檢測(cè)到上電時(shí)，PCON 寄存器內(nèi) POF 標(biāo)志置位。該標(biāo)志需要軟件清除。 2.1.9 節(jié)電模式 P87LPC762 支持空閑及掉電兩種節(jié)電模式。 （1）空閑模式 空閑模式下外圍器件繼續(xù)工作可以產(chǎn)生中斷激活處理器。所有被允許的中斷及復(fù)位均可結(jié)束空閑模式。將 PCON 寄 存器內(nèi) IDL 位置位即可進(jìn)入空閑模式（見圖 17）。 （2）掉電模式 掉電模式將振蕩器停振以使功耗最小。將 PCON 寄存器內(nèi) PD 位置位即可進(jìn)入掉電模式。當(dāng)復(fù)位或表 8 所示中斷源之一發(fā)生時(shí)處理器即退出掉電模式。這時(shí)該中斷應(yīng)被使能且優(yōu)先級(jí)高于正在處理的中斷。 在此模式下，電壓降至 RAM 保持電壓 VRAM。進(jìn)入掉電模式時(shí) RAM 內(nèi)容被保存。SFR 內(nèi)容在 VDD 降至 VRAM時(shí)不作保護(hù),此時(shí)建議通過(guò)復(fù)位喚醒處理器。在退出掉電模式前 VDD 必須上升到操作電壓范圍之內(nèi)。由于看門狗定時(shí)器有一獨(dú)立的振蕩器，所以在掉電模式下它的溢出可將處理器復(fù)位。 注意如果掉電檢測(cè)復(fù)位已使能，當(dāng) VDD 一旦降至低于掉電門檻電壓即將處理器復(fù)位。如果掉電檢測(cè)被配置成中斷并使能該中斷，當(dāng) VDD 降至掉電電壓之下時(shí)該中斷可將處理器從掉電方式喚醒。 當(dāng)處理器從掉電模式中喚醒時(shí)，將立即啟動(dòng)振蕩器并且當(dāng)振蕩器穩(wěn)定下來(lái)時(shí)開始執(zhí)行程序。振蕩器穩(wěn)定是在起振后計(jì)數(shù)若干 MCU 時(shí)鐘，對(duì)于晶振計(jì) 1024 時(shí)鐘，對(duì)于內(nèi)部 RC 或外部時(shí)鐘計(jì) 256 個(gè)時(shí)鐘。 2.2 數(shù)碼顯示器的簡(jiǎn)介 2.2.1 數(shù)碼顯示器的發(fā)展歷程 1923年，羅塞夫（Lossen.o.w）在研究半導(dǎo)體SIC時(shí)有雜質(zhì)的P-N結(jié)中有光發(fā)射，研究出了發(fā)光二極管（LED：Light Emitting Diode），一直不受重視。隨著電子工業(yè)的快速發(fā)展，在60年代，顯示技術(shù)得到迅速發(fā)展，人們研究出PDP激光顯示等離子顯示板、LCD液晶顯示器、發(fā)光二極管LED、電致變色顯示ECD、電泳顯示EPID等多種技術(shù)。由于半導(dǎo)體的制作和加工工藝逐步成熟和完善，發(fā)光二極管已日趨在固體顯示器中占主導(dǎo)地位。LED之所以受到廣泛重視并得到迅速發(fā)展，是因?yàn)樗旧碛谢顒?dòng)、很多優(yōu)點(diǎn)。例如：亮度高、工作電壓低、功耗小、易于集成、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、耐沖擊且性能穩(wěn)定，其發(fā)展前景極為廣闊。目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性和發(fā)光密度、發(fā)光均勻性、全色化發(fā)展。 2.2.2 數(shù)碼顯示器的種類 數(shù)碼顯示器是數(shù)碼顯示電路的末級(jí)電路，它用來(lái)將輸入的數(shù)碼還原成數(shù)字。數(shù)碼顯示器有許多類型，適用于場(chǎng)所也不相同，具體如表2-3所示。 2.3 數(shù)碼顯示器工作原理簡(jiǎn)介 2.3.1 輝光數(shù)碼管 圖2-4 輝光數(shù)碼管是利用輝光放電原理制成的，在充有氖氣的玻璃管內(nèi)設(shè)有0、1、2……9字樣的10個(gè)陰極和一個(gè)公用陽(yáng)極，如圖2-1所示。各陰極的表面積相差不多，而每個(gè)陽(yáng)極與陽(yáng)極之間的距離，則根據(jù)數(shù)字的筆畫確定。這樣在同一陽(yáng)極電壓作用下，控制每個(gè)陰極的電壓，便可使需要的數(shù)字發(fā)光。 圖2-4 輝光數(shù)碼管結(jié)構(gòu)示意圖 輝光數(shù)碼管需在強(qiáng)電場(chǎng)作用下才能啟輝，因此，在譯碼器與輝光數(shù)碼管之間必須配有電子開關(guān)，如圖2-5中的VT1～VT10便是半導(dǎo)體三極管組成的開關(guān)電路。 圖2-5 輝光數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路 圖2-6 2.3.2 熒光數(shù)碼管 熒光數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。當(dāng)燈絲在電源電壓作用下加熱到700℃左右時(shí)，燈絲便發(fā)射電子，發(fā)射的電子在柵極的作用下將加速運(yùn)動(dòng)，最后在筆畫電極的作用下打到筆畫電極上。由于筆畫電極上涂有熒光粉，當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度很高的電子打到它上面時(shí)，筆畫電極便發(fā)出綠色的光。 筆畫電極采用8段電極，在邏輯電路輸出電壓的作用下，某些筆畫被加上電壓，電子就會(huì)轟擊這些電極上的熒光粉，從而顯示出某一確定的數(shù)字。當(dāng)筆畫電極上的電壓為零時(shí)，則發(fā)光的相應(yīng)電極熄滅。熒光數(shù)碼管有單位的和多位的，單位的多為電子管型，多位的為長(zhǎng)條形。 圖2-6 熒光數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)示意圖 2.3.3 液晶顯示器 液晶顯示器又叫LCD顯示器，她的結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。液晶顯示器的主要材料是液晶晶體（簡(jiǎn)稱晶體），它是一種有機(jī)材料，在特定的溫度范圍內(nèi)，既具有液體的流動(dòng)性，又具有某些光學(xué)特性，其透明度和顏色隨電場(chǎng)、磁場(chǎng)、光及溫度等外界條件的變化而變化。因此，在邏輯電路的輸出信號(hào)作用下，可現(xiàn)實(shí)出某一確定的數(shù)字。 液晶顯示器是一種被動(dòng)式顯示器件，液晶本身不會(huì)發(fā)光，而是借助自然光和外來(lái)光顯示數(shù)字。外部光線愈強(qiáng)，它的顯示效果愈好。 由于液晶顯示器所需的功耗很小，因此它可由集成電路譯碼器直接驅(qū)動(dòng)。 圖2-7 1-玻璃；2-液晶；3-7段正面電極； 4-8字形背電極；5-插頭引出腳 圖2-7 LCD數(shù)碼顯示器結(jié)構(gòu)示意圖 2.3.4 發(fā)光二極管顯示器 發(fā)光二極管顯示器又叫做LED數(shù)碼顯示器，也稱作七段譯碼器。它是利用發(fā)光二極管在正向電壓作用下，通過(guò)一定的電流就發(fā)光的特點(diǎn)，把7個(gè)發(fā)光二極管分段封裝，就成了LED數(shù)碼顯示器。它的外形如圖2-8所示。 圖2-8 圖2-9 LED內(nèi)部結(jié)構(gòu) 用于數(shù)碼顯示的發(fā)光二極管多為紅色，它們分單位的和多位的兩種。單位LED數(shù)碼顯示器的內(nèi)部電路如圖2-6所示，它分為共陽(yáng)極連接式和共陰極連接式兩種，代表各筆畫的a ～ g 發(fā)光二極管的正極或負(fù)極均由引腳引出，其中DP引腳代表小數(shù)點(diǎn)。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-9 所示。 對(duì)于共陰極的數(shù)碼管（如圖2-10所示）只有當(dāng)其輸入端輸入高電平時(shí)二極管才會(huì)發(fā)光；而共陽(yáng)極的數(shù)碼管只有當(dāng)輸入端輸入低電平時(shí)二極管才會(huì)發(fā)光。共陰極內(nèi)部每個(gè)發(fā)光二極管的陰極被接在一起，成為該各段的公共選通線；發(fā)光二極管的陽(yáng)極則成為段選線。如果要顯示某個(gè)數(shù)字只需相應(yīng)選中對(duì)應(yīng)的段選線。對(duì)于共陽(yáng)極數(shù)碼管（如圖2-11所示），則正好相反，內(nèi)部發(fā)光二極管的陽(yáng)極接在一起，陰極成為段選線。這兩種數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式是不同的。當(dāng)需要點(diǎn)亮共陽(yáng)極數(shù)碼管的一段時(shí)，公共段需接高電平、該段的段選線接低電平，從而該段被點(diǎn)亮。當(dāng)需要點(diǎn)亮共陰極數(shù)碼管的一段時(shí)，公共段需接低電平,該段的段選線接高電平，該段被點(diǎn)亮。 圖2-10共陰極數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖2-11 共陽(yáng)極數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu) LED數(shù)碼顯示器的數(shù)字顯示方式如圖2-12所示。其中7個(gè)發(fā)光二極管制成條形，分別用a、b、c、d、e、f、g表示，代表數(shù)碼的筆畫，有選擇地使用其中若干筆畫發(fā)光，這樣就可以組成0~9十個(gè)數(shù)碼。 比如在一個(gè)共陰極數(shù)碼管上要顯示“7”，則a、b、c段需被點(diǎn)亮。如果對(duì)于共陰極的則a、b、c對(duì)應(yīng)于高電平；如果對(duì)于共陽(yáng)極的則a、b、c對(duì)應(yīng)于低電平。 圖2-12 LED數(shù)碼管顯示器顯示方式 2.3.5 常用顯示器的性能比較 如表2-13所示。 2.3.6 顯示器的選用 因?yàn)長(zhǎng)ED顯示器能在低電壓、小電流的條件上工作，具有顯示亮度高、色彩艷麗，發(fā)光響應(yīng)速度快、低功耗、耐振動(dòng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。所以，在本次課題中選用了LED顯示器，并采用了它的共陰極形式。 2.4 DS18B20型溫度傳感器 2.4.1 DS18B20簡(jiǎn)介 （1）獨(dú)特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。 （2）在使用中不需要任何外圍元件。 （3）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：+3.0~+5.5 V。 （4）測(cè)溫范圍：-55 ~+125 ℃。固有測(cè)溫分辨率為0.5 ℃。 （5）通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)9~12位的數(shù)字讀數(shù)方式。 （6）用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。 （7）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。 （8）負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 2.4.2 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2-14所示。 圖2-14 (1) 64 b閃速ROM的結(jié)構(gòu)如下：（如圖2-15） 圖2-15 開始8位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前56位的CRC校驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。 (2) 非易市失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，可通過(guò)軟件寫入用戶報(bào)警上下限。 (3) 高速暫存存儲(chǔ)器 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的E2RAM。后者用于存儲(chǔ)TH，TL值。數(shù)據(jù)先寫入RAM，經(jīng)校驗(yàn)后再傳給E2RAM。而配置寄存器為高速暫存器中的第5個(gè)字節(jié)，他的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，DS18B20工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖2-16： 圖2-16 低5位一直都是1，TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即是來(lái)設(shè)置分辨率，如表2-17所示（DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位）。 表2-17 由表2-17可見，設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長(zhǎng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要在分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。 圖2-18 高速暫存存儲(chǔ)器除了配置寄存器外，還有其他8個(gè)字節(jié)組成，其分配如下所示。其中溫度信息（第1，2字節(jié)）、TH和TL值第3，4字節(jié)、第6～8字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯1；第9字節(jié)讀出的是前面所有8個(gè)字節(jié)的CRC碼，可用來(lái)保證通信正確(如圖2-18)。 當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第1，2字節(jié)。單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0062 5 ℃/LSB形式表示。溫度值格式如圖2-19： 圖2-19 對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變換為原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。表2-20是對(duì)應(yīng)的一部分溫度值。 表2-20 DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與TH，TL作比較，若T>TH或T下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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