智能仪器原理及设计资料
智能仪器原理与设计
智能仪器原理与设计智能仪器是指具有自动感知、自主学习、自主决策和自主执行功能的仪器。
它们能够通过传感器感知外部环境的变化，通过内部的处理器进行数据分析和学习，最终实现自主决策和执行。
智能仪器的设计涉及到多个领域的知识，包括传感技术、数据处理、人工智能算法等。
本文将从智能仪器的原理和设计两个方面进行探讨。
首先，智能仪器的原理包括传感技术、数据处理和人工智能算法。
传感技术是智能仪器的基础，通过传感器可以获取到各种环境参数的数据，比如温度、湿度、光照等。
传感器可以将这些数据转化为电信号，然后通过模数转换器转化为数字信号，再经过数据处理器进行数字信号的处理和分析。
数据处理是智能仪器实现智能化的关键，它可以对传感器获取的数据进行处理和分析，提取出有用的信息，比如环境的变化趋势、异常情况等。
人工智能算法是智能仪器实现自主学习和决策的重要手段，它可以通过机器学习算法对数据进行分析和学习，最终实现智能决策和执行。
其次，智能仪器的设计需要考虑多个方面的因素。
首先是传感器的选择和布局，不同的应用场景需要选择不同类型的传感器，并且需要合理布局传感器以获取全面的环境数据。
其次是数据处理器和人工智能算法的设计，数据处理器需要具有较强的数据处理能力和计算能力，人工智能算法需要根据具体的应用场景选择合适的算法，并且需要进行模型训练和优化。
最后是执行器的设计，执行器需要根据智能仪器的具体功能进行设计，比如控制执行器、执行动作等。
在实际的智能仪器设计中，需要综合考虑以上因素，并且根据具体的应用场景进行定制化设计。
比如在智能家居领域，智能仪器可以通过传感器感知家庭环境的变化，通过数据处理和人工智能算法实现智能控制，比如智能照明、智能空调等。
在工业自动化领域，智能仪器可以通过传感器感知生产环境的变化，通过数据处理和人工智能算法实现智能监控和控制，提高生产效率和质量。
总之，智能仪器的原理和设计涉及到传感技术、数据处理和人工智能算法等多个领域的知识，需要综合考虑多个因素，并且根据具体的应用场景进行定制化设计。
智能仪器复习资料
1.什么是智能仪器?其主要特点是什么?智能仪器是计算机技术和测试技术相结合的产物，是含有微计算机或微处理器的测量仪器。
由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定智能的作用，因而被称为智能仪器。
特点：1操作自动化2具有自测功能3具有数据分析和处理能力4具有友好的人机对话功能5具有可程控操作能力。
简述内嵌式智能仪器的基本组成和各部分功能由硬件和软件组成。
硬件包括微处理器，存储器，输入/出通道，人机接口电路，通信接口电路等。
功能：微处理器仪器核心，存储器包括数据存储器和程序存储器，用来存储程序和数据。
输入通道主要包括传感器、信号调理电路和A/D转换器等，完成信号的滤波，放大，模数转换。
输出通道主要包括D/A转换器、放大驱动电路和模拟执行器等，将处理后的数字信号转换为模拟信号。
人机接口电路主要包括键盘和显示器，是操作者和仪器的通信桥梁。
操作者可通过键盘向仪器发出控制命令，仪器可通过显示器将处理结果显示出来。
通信接口可实现仪器与计算机和其它仪器的通信。
智能仪器常用放大器的种类和特点？程控放大器：为适应不同的工作条件，在整个测量范围内获得合适的分辨率，提高测量精度。
仪用放大器：输入阻抗和共模抑制比高、误差小、稳定性好。
隔离放大器：输入端和输出端各有不同的参考点。
可保护电子仪器设备和人生安全，提高共模抑制比，获得较精确的测量结果。
常见的A/D转换器有哪几种类型?其特点是什么?工作原理⑴并联比较型A/D转换器：转换速度快,但是随着输出位数的增加所需器件数增加速度很快⑵逐次逼近型A/D转换器：抗干扰能力差，所以在A/D转换器之前一般要加采样/保持器锁定电压。
⑶双积分型A/D转换器：能起到滤波作用提高了抗干扰能力。
由于转换速度依赖于积分时间，所以转换速度慢。
⑷Σ-△调制型A/D转换器：制作成本低,提高有效分辨率.采用逐次逼近法的A/D转换器是由一个比较器、D/A转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成，基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。
测控仪器设计 第4版 第八章 智能仪器设计
基于单片机的中央处理系统的特点
① 可靠性高：其工业抗干扰能力强，不易破坏；硬件集成度高。 ② 易扩展：管脚丰富，很容易构成各种规模的计算机应用系统。 ③ 控制功能强：满足工业控制要求，逻辑操作以及位处理功能。 ④ 存储器容量小：一般ROM为几k字节，RAM仅有几百字节。 ⑤ 体积小
特别适用于小型测控仪器和便携式测控仪器。常用的单片机DSP， PLC，ARM，FPGA等.
1、基于微处理器的中央电路的设计
（1）基于单片机的中央处理器电路设计； （2）基于DSP的中央处理器电路设计； （3）基于PLC的中央处理器电路设计； （4）基于ARM的中央处理器电路设计；
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表 8.2 不同微处理器的性能对比
微处理器 性质
内存容量 运行速度
体积 功耗 抗干扰 可靠性 稳定性 可扩展性 可维护性 通讯能力 开发周期 应用领域 价格
（PROTEL，CADENCE,MENTOR）,光学（CODE V,ZEMAX,OSLO）
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五、常用的算法 • 1、数字滤波技术 • 2、非线性校正技术 • 3、智能数据分析技术
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六、故障诊断技术
• 1、故障诊断检测性能指标； • 2、故障诊断诊断性能指标； • 3、故障诊断综合性能指标； • 4、故障诊断的主要方法有。
3
•三、智能仪器发展历程与趋势
• （1）智能仪器的微型化； • （2）智能仪器多功能化； • （3）智能仪器AI化； • （4）智能仪器网络化； • （5）智能仪器虚拟化；
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第二节 智能仪器硬件设计
一、测量电路的设计 1、测量电路的作用及组成
智能调理技术
智能采样电路
组成
自动量程切换电路
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二、智能仪器的中央处理电路
智能仪表设计
第一章 智能仪表原理与设计基础Microprocessor-Based InstrumentsSmart InstrumentsIntelligent Instruments1．1 智能仪表与常规仪表对比一、 常规仪表传感器：被测量Æ相应电信号（物理、化学方法）信号变换及运算：放大、滤波、线性化、归一化、远传、各种运算（信号处理、控制算法）显示器：显示被测量数值•模拟指示式（如指针位置）：简单、直观、精度差•数码显示式：精度高、不直观执行器：将控制信号转换为控制动作二、智能仪表•以 MPU实现信号变换及运算；•以 MPU 为主体，以软件代替硬件，优化功能，提高性能及灵活性，改善人机界面；•引入一定的人工智能：如专家系统、神经网络等。
•仪表网络化智能仪表可实现的功能：1．自动调整与自校准：如自调零、自校正、自动变量程、补偿漂移、测量结果校正（如流量的温、压校正）、自检、自诊断等。
2．测量数据处理：如线性化、数字滤波、误差修正、曲线拟合、变换（如FFT，小波变换）、相关分析与统计处理、预测（如化工产品质量）、参数估计、模式识别（如成分分析）、故障诊断（如旋转机械）等。
3．改善人-机界面：如CRT显示：可模拟式、数字式、图形式，可显示多个参数、工艺流程图、历史数据、曲线、直方图、Pie Chart、立体图、动画等。
4．改善控制质量：控制功能为软件模块、软接线组态。
有多种PID、+、-、*、/、√、….可实现参数自整定、自适应控制、模糊控制、多变量控制、神经网络控制等。
5．测量过程的软件控制：功能控制、测量流程控制、人机对话、自动检测等。
6．提高灵活性与可靠性：以软代硬、容错技术、自诊断、软硬件冗余等。
7．通信与网络化：现场总线，ASI总线，I2C，单总线，传感器网络等。
8．虚拟仪器：用计算机＋接口＋软件实现仪表功能。
1．2 智能仪表设计过程一、功能需求分析1．功能要求测量功能：被测量、传感器情况，输出要求（显示、打印、传输等）；控制功能：控制对象，对象模型，控制种类（随动控制，恒值控制，变化曲线控制等）；管理功能：操作要求，数据库要求，报表与决策，统计分析等功能。
自动测试技术自动测试技术智能仪器基本系统设计原理与要求
第2章 智能仪器基本系统的设计
EPROM
EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦除可编程 ROM）芯片可重复擦除和写入，解决了PROM芯片只能 写入一次的弊端。EPROM芯片有一个很明显的特征，在 其正面的陶瓷封装上，开有一个玻璃窗口，透过该窗口， 可以看到其内部的集成电路，紫外线透过该孔照射内部芯 片就可以擦除其内的数据，完成芯片擦除的操作要用到 EPROM擦除器。EPROM内资料的写入要用专用的编程 器，并且往芯片中写内容时必须要加一定的编程电压 （VPP=12—24V，随不同的芯片型号而定）。
自动测试技术自动测试技术智 智能仪器基本系统的设计
EEPROM
EEPROM（电可擦写可编程只读存储器）是可用户更 改的只读存储器（ROM），其可通过高于普通电压的 作用来擦除和重编程（重写）。不像EPROM芯片， EEPROM不需从计算机中取出即可修改。在一个 EEPROM中，当计算机在使用的时候是可频繁地重编 程的。EEPROM的一种特殊形式是闪存，其应用通常 是个人电脑中的电压来擦写和重编程。
自动测试技术自动测试技术智能仪器基 本系统的设计原理和要求
第2章 智能仪器基本系统的设计 EPROM的型号是以27开头的，包括低功耗的 COMS 器件 27Cxxx，如：27C32、27C64、27C128、27C512 。 如27C020(8*256K)是一片2M Bits容量的EPROM芯片。 EPROM芯片在写入资料后，还要以不透光的贴纸或胶布 把窗口封住，以免受到周围的紫外线照射而使资料受损。 EPROM芯片在空白状态时（用紫外光线擦除后），内部 的每一个存储单元的数据都为1（高电平）。
自动测试技术自动测试技术智能仪器基 本系统的设计原理和要求
全智能光学仪器原理
全智能光学仪器原理
全智能光学仪器原理是通过激光束穿过待测物体，利用光学原理进行测量和分析的一种仪器。
该仪器利用光的传播速度较快的特点，能够快速、精确地获取待测物体的相关信息。
以下是全智能光学仪器的工作原理和主要应用介绍。
全智能光学仪器的工作原理主要包括激光发射、光束传输、物体测量和数据处理等几个步骤。
首先，激光器发射出一束单色、单向、高亮度的激光束，该激光束穿过光学传输系统，经过透镜的聚焦使其能量集中在一个小的点上。
然后，激光束照射到待测物体上，根据物体对激光束的散射、折射等现象，测量出物体的形貌、轮廓、表面粗糙度等参数。
最后，通过光电探测器将激光束的反射信号转化为电信号，并经过数据处理与分析，得到最终的测量结果。
全智能光学仪器具有广泛的应用领域。
例如在制造业中，它可以用于测量和检测物体的尺寸、形状、形态等；在医学领域，可以用于眼科、牙科等领域的测量和检查；在地质勘探中，可以用于获取地下岩石和矿物的信息等。
此外，全智能光学仪器还可以应用于科学研究、环境保护、安防等领域，发挥着重要的作用。
总之，全智能光学仪器通过激光束的传播和物体的光学反射等现象，实现了对待测物体的快速、精确测量。
其工作原理简单明了，应用领域广泛，可以有效地满足不同领域的测量需求。
智能仪器设备的设计与开发
智能仪器设备的设计与开发智能仪器设备的设计与开发已经成为现代科技领域中的热门研究课题。
随着信息技术的快速发展和人工智能的兴起，智能仪器设备具备了更高的智能化水平和功能拓展性，成功地应用于各个行业和领域，极大地提高了生产效率、降低了成本，推动了科技创新的进程。
一、智能仪器设备的定义智能仪器设备是指集传感器、控制单元、数据处理单元和执行器等功能于一体的高科技仪器设备。
通过传感器采集数据，经过控制单元进行处理分析，并通过数据处理单元运算得出结果，最终通过执行器实现对物理环境的控制和反馈。
智能仪器设备具备自主学习能力和适应性，能够自动感知和反应环境的变化，并作出相应的决策，实现智能化操作和控制。
二、智能仪器设备的设计要点1. 系统集成设计：智能仪器设备的设计需要考虑各个功能模块的集成，以尽可能减小设备的体积和重量，并提高整体性能和可靠性。
2. 传感器选择与优化：合理选择传感器种类和参数，根据应用场景对传感器进行优化设计，以确保测量精度和稳定性。
3. 控制算法设计：根据系统需求，设计合适的控制算法，包括数据采集、信号处理、决策判断和反馈控制等步骤，以实现智能化的操作。
4. 数据处理与分析：采用合适的数据处理和分析方法，对采集到的大量数据进行处理和提取有用信息，为后续的决策和控制提供支持。
5. 人机交互设计：为用户提供友好的人机交互界面，使其能够方便地操作和监控智能仪器设备，提供良好的用户体验。
三、智能仪器设备的开发流程智能仪器设备的开发流程一般包括需求分析、系统设计、硬件开发、软件开发、调试测试和产品发布等多个阶段。
1. 需求分析：明确智能仪器设备的功能需求和性能要求，包括测量范围、测量精度、响应速度等方面。
2. 系统设计：根据需求分析结果进行系统整体设计，包括硬件设计、软件设计和算法设计等。
3. 硬件开发：根据系统设计要求，进行电路设计和电路板布局，选取合适的元器件进行组装和连接。
4. 软件开发：实现系统的控制和数据处理等功能，编写相应的程序代码，确保系统的稳定运行。
智能仪器原理与设计-采样保持器和模拟多路开关
从发出保持命令开始到采样/保持器输出达到保持终值（在确定的
一个n位二进制数共有2n个离散值，定义基本度量单
位 Q = VFS / 2n 。 模拟量的量化就是算出模拟量Vin用多少个Q表示，即
D=rnd（Vin/Q）
注：函数“rnd”表示对括弧中的项取整到最接近的整数（用n位二进制数表示）。
量化过程的输入输出关系
图中特性曲线呈阶梯状，每个台阶的宽度称为量化带。输入模拟量的 幅度在DQ与(D+1)Q之间时，输出都以D表示。显然，这是以有限的量 化值代替无限数目的模拟量的过程，因此，必然存在量化误差。由图
1.低速ADC（≥1ms） 2.中速ADC（1ms～10µs） 3.高速ADC（10µs～1µs） 4.超高速ADC（<1µs）
ADC的发展是在三个方面进行的。
一是专攻速度，牺牲一些精度指标。例如，速度已达 1000MHz的超高速ADC的分辨率只有8位，实际应用时的 有效精度只有6～7位。
二是专攻精度。24位的ADSl210/1211在保证精度下工作， 转换速度仅为10Hz，这是由于校正、滤波要花费大量的时 间，特别是滤波，需要有很多个周期数据才能完成。
3.5.2.4 量化噪声和有效分辨率 该部分内容请同学自学
3.5.3 ADC的种类及特点
分类方法 按器件工艺结构
类型
1.组件型ADC 2.混合（集成）电路型ADC 3单片式ADC （1）双极型；（2）MOS型；（3）双极MOS型
实验八 智能仪器
实验内容： （1）熟悉单片机应用系统的设计要领； （2）按图 1 中元器件及参数在 ISIS 中完成电路原理图的绘制； （3）在 uVision3 中，按图 2 及表 1 建立 7 个程序文件； （4）在 ISIS 中运行，实现一路电压信号输入和两路报警开关量输出控制功能。 软件编程： 该项目由 7 个程序文件组成，其中 6 个为 C 语言文件，一个为汇编语言文 件（串口输出功能采用汇编语言与 C51 语言混合编程） ，程序如下： （1）main.c 文件 void ad_init(); void control_thread(); void menu_thread(); void main() { ad_init(); while (1) { menu_thread(); control_thread(); }} （2）control.c 文件 #include<reg51.h> sbit P16=P1^6; sbit P17=P1^7; unsigned char ad(); void print(char name,unsigned int value); extern unsigned char param_value[2]; extern char menu_status; void control_thread() { unsigned char value=ad(); //A/D 转换 if(value>param_value[1]) { //根据采样值控制 LED 灯 P16=0; P17=1; } else if(value<=param_value[1]&& value>=param_value[0]) { P16=0; P17=0; } else { P16=1; P17=0;
智能仪器原理及应用教学设计
智能仪器原理及应用教学设计1. 引言随着科技的发展，智能仪器已经被广泛应用于工业、医学、能源等领域，并成为现代生产、科研中不可替代的重要工具。
智能仪器不仅可以提高生产效率，减少人力浪费，更可以提高检测精度，确保产品质量。
因此，掌握智能仪器原理及应用已成为现代科技人才必备技能之一。
而智能仪器原理及应用教学设计，就是为了让学生更好地掌握智能仪器原理及应用，从而更好地适应未来的科技发展。
2. 教学目标本教学设计旨在让学生掌握智能仪器的原理、体系结构、应用等基本知识，以及相关软件的使用方法，培养学生的工程实践能力和创新意识，使其能够适应未来的科技发展，具备较好的应用能力。
3. 教学内容1.智能仪器基本概念–仪器的概念–智能仪器的定义及特点2.智能仪器的体系结构–测量系统的组成–智能传感器的原理及应用–智能执行器的原理及应用3.智能仪器的工作原理–信号处理原理–控制原理4.智能仪器的应用与发展–智能仪器在工业上的应用–智能仪器在医学上的应用–智能仪器在能源上的应用5.相关软件的使用方法–Matlab的基本操作–LabVIEW的基本操作–Python的基本操作4. 教学方法1.课堂讲授：通过讲解基本理论及实际应用案例，传授智能仪器的基本概念、体系结构、工作原理、应用等相关知识。
2.实验操作：通过实际操作智能仪器及相关软件，让学生对仪器的工作原理有更深入的了解，同时培养学生的实践能力。
3.讨论交流：在课堂上组织学生进行讨论及交流，引导学生自主思考，提高学生的创新意识。
4.课堂练习：通过课堂练习，检验学生对课程内容的掌握情况，提高学生的学习积极性。
5. 教学评估针对本课程的教学评估，将分为以下三个方面：1.学生课前管理情况评估：通过查看学生的课前学习情况，了解学生对课程内容的掌握程度。
2.学生日常表现评估：通过学生的实验操作、课堂讨论、课堂练习等进行评估，了解学生的学习态度、学习效果等。
3.学生成果评估：通过学生独立完成实验报告等进行评估，了解学生的实践能力和掌握情况。
智能仪器智能温度测试仪的设计
智能仪器智能温度测试仪的设计智能仪器智能温度测试仪的设计1.引言1.1 目的本文档旨在介绍智能仪器智能温度测试仪的设计。
该仪器采用智能化技术，能够准确测量温度并进行数据分析和记录，以满足各种温度测试需求。
1.2 背景随着科技的发展，温度测试在工业、医疗、农业等领域中的重要性越来越被重视。
传统的温度测试仪器存在准确性、操作复杂等问题。
为了解决这些问题，本设计旨在开发一款智能化的温度测试仪器。
2.系统设计2.1 系统概述智能温度测试仪由硬件模块和软件模块组成。
硬件模块包括传感器、数据采集模块、数据分析处理模块和显示屏等部分；软件模块包括数据管理系统、用户界面和远程控制等部分。
2.2 硬件设计①传感器本设计采用高精度温度传感器，能够实时测量温度，并输出数字信号给数据采集模块。
②数据采集模块数据采集模块负责采集传感器输出的温度数据，并进行模数转换。
采集的数据将通过总线传输给数据处理模块。
③数据处理模块数据处理模块对采集到的温度数据进行处理和分析，并将结果保存到内部存储器中，以备后续查询和分析。
④显示屏显示屏用于展示实时温度、历史数据以及系统状态等信息，并提供用户操作界面。
2.3 软件设计①数据管理系统数据管理系统用于存储、查询和管理温度测试仪采集到的数据。
它提供了数据导入、导出、删除、备份等功能。
②用户界面用户界面提供给用户进行温度测试的操作界面和数据展示界面。
用户可以通过界面设定温度范围、采样频率等参数。
③远程控制远程控制功能使用户可以通过远程连接的方式，对温度测试仪进行远程控制和数据查询。
3.性能要求3.1 测量精度温度测试仪的测量精度要达到±0.1℃以内，以满足不同行业对温度测试的精度要求。
3.2 响应时间温度测试仪的响应时间应小于1秒，以便快速响应用户的操作并实现实时数据显示。
3.3 数据存储容量温度测试仪的数据存储容量应达到最少1000条数据，以满足长时间的数据记录需求。
4.法律名词及注释●智能温度测试仪: 一种具备智能化功能的温度测试设备，能够准确测量温度并进行数据分析和记录。
智能仪器设计实例
读时序
写时序
3.4 波形数据存取电路 采用RAM作为波形存储器是最方便的。波形存储器用来存储波形的量化 数据。512K×8的高速CMOS静态RAM,一片存储高8位数据，另一片存 储低8位数据，地址线共用。该存储器功耗低，单电源供电，读写时序 简单，易于程序控制。
波形数据存取电路
3.5 DA转换电路
四、整体方案设计及工作原理
1、整体设计方案：
采用虚拟仪器技术、直接数字合成技术和计算机技术设计并研制低成本、高精度、人机界面友好的函数信号发生器。此方案硬件实现电路简单，电路中省去了单片机、液晶显示以及按钮等，节省仪器成本。
四、整体方案设计及工作原理
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根据公式1，正弦波在一个周期内的采样点值是： 再将f(i)按DAC的比特数取整，从而得到： 式中：n—数模转换器DAC的位数，n=16，INT— 取整函数 每个周期共有N个点， 式中：fosc是时钟发生器频率，fout是输出波形频率，由用户设定，是已知量。
五、波形数据的获取
双极性工作方式
五、波形数据的获取
DA转换电路
3.6 DAC的基准电源电路
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《智能仪器原理及设计》报告专业：学号：姓名：目录1.1 设计要求 (3)1.2 设计过程 (3)1.2.1 设计总体方案 (3)1.2.2 器件的选择 (4)1.2.3 电路设计 (7)1.2.4 软件设计 (9)1.3 总结 (12)基于单片机的温度传感器设计1.1 设计要求实现室温测量，并使用液晶屏显示实时温度。
1.2 设计过程1.2.1 设计总体方案根据系统的设计要求，选择DS18B20作为本系统的温度传感器，选择单片机AT89C52为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。
采用单总线数字温度传感器DS18B20测量温度，直接输出数字信号。
便于单片机处理及控制，节省硬件电路。
且该芯片的物理化学性很稳定，此元件线形性能好，在0～100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。
DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89C52构成的温度装置，它直接输出温度的数字信号到微控制器。
每只DS18B20具有一个独有的不可修改的64位序列号，根据序列号可访问不同的器件。
这样一条总线上可挂接多个DS18B20传感器，实现多点温度测量，轻松的组建传感网络。
采用液晶显示器件，液晶显示平稳、省电、美观，更容易实现题目要求，对后续的工艺兼容性高，只需将软件作修改即可，可操作性强，也易于读数。
该系统的总体设计思路如下：温度传感器DS18B20把所测得的温度发送到AT89C52单片机上，经过单片机处理，将把温度在显示电路上显示，本系统显示器液晶屏显示实现。
检测范围-55摄氏度到125摄氏度。
按照系统设计功能的要求，确定系统由3个模块组成：主控制器、测温电路和显示电路。
数字温度计总体电路结构框图如图1所示图1 数字温度计总体电路结构框图1.2.2 器件的选择1. 数字温度传感器DS18B20DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。
DSl8B20数字温度计提供9位(二进制)温度读数指示器件的温度信息经过单线接口送入DSl8B20或从DSl8B20送出因此从主机CPU到DSl8B20仅需一条线(和地线)DSl8B20的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源因为每一个DSl8B20在出厂时已经给定了唯一的序号因此任意多个DSl8B20可以存放在同一条单线总线上这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件DSl8B20的测量范围从-55到+125增量值为0.5可在l s(典型值)内把温度变换成数字。
每一个DSl8B20包括一个唯一的64位长的序号该序号值存放在DSl8B20内部的ROM(只读存贮器)中开始8位是产品类型编码(DSl8B20编码均为10H)接着的48位是每个器件唯一的序号最后8位是前面56位的CRC(循环冗余校验)码DSl8B20中还有用于贮存测得的温度值的两个8位存贮器RAM，编号为0号和1号。
1号存贮器存放温度值的符号如果温度为负（℃），则1号存贮器8位全为1，否则全为0。
0号存贮器用于存放温度值的补码LSB(最低位)的1表示0.5。
将存贮器中的二进制数求补，再转换成十进制数并除以2，就得到被测温度值(-55℃125℃)，每只DS18B20都可以设置成两种供电方式即数据总线供电方式和外部供电方式。
采取数据总线供电方式可以节省一根导线，但完成温度测量的时间较长；采取外部供电方式则多用一根导线，但测量速度较快。
DS18B20 的性能特点如下：(1)独特的单线接口方式仅需要一个端口引脚进行通信；(2)多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能；(3)无需外部器件；(4)可通过数据线供电，电压范围：3.0～5.5V；(5)测温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃；(6)零待机功耗；(7)温度以9或12位数字量读出；(8)用户可定义的非易失性温度报警设置；(9)报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；(10)负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
DS18B20采用3脚PR－35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图2所示，其测温原理如图3所示。
图2 DS18B20内部结构框图图3 DS18B20测温原理图DS18B20的外部电源供电方式：如下面图4所示，在外部电源供电方式下，DS18B20工作电源由VDD引脚接入，其VDD端用3V～5.5V电源供电，此时I/O线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时在总线上理论可以挂接任意多个DS18B20传感器，组成多点测温系统。
注意：在外部供电的方式下，DS18B20的GND引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是85℃。
图4 外部电源供电方式2. 单片机的选择AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。
AT89C52为8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8XC52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。
功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。
主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。
RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。
VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。
P0～P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（32～39 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。
PDIP封装的AT89C52单片机管脚图如图5。
图5 PDIP封装的AT89C52单片机管脚图3. 显示器的选择由于设计中要求同时显示测试温度、温度上限、温度下限和开机时间，因此显示屏首先要能够一次性容纳这些字符。
工作电压不能太高，与单片机的连接方式需要简单，显示准确。
本设计中采用的是1602型LCD液晶屏能够很好的满足这些要求。
此液晶属于工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。
LCD液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件，只要2～3V就可以工作，工作电流仅为几微安，是任何显示器无法比拟的，同时可以显示大量信息，除数字外，还可以显示文字、曲线，比传统的数码LED显示器显示的界面有了质的提高。
在仪表和低功耗应用系统中得到了广泛的应用。
1602有很多优点：(1) 显示质量高，由于液晶显示器的每一个点收到信号后就一直保持那种色彩和亮度恒定发光，因此液晶显示器的画质高而且不会闪烁；(2) 数字式接口，液晶显示器都是数字式的，和单片机的接口简单操作也很方便；(3) 功率消耗小，相比而言液晶显示器的主要功耗在内部电极和驱动IC 上，因而耗电量比其他器件要小很多；1.2.3 电路设计1. 系统电路设计单片机最小系统如图6所示图6 单片机最小系统这部分为单片机复位电路和时钟电路。
单片机复位后，程序计数器PC=0000H，即指向程序存储器0000H单元，使CPU从首地址重新开始执行程序。
产生单片机复位的条件是：在RST引脚端出现满足复位时间要求的高电平状态，该时间等于系统时钟震荡周期建立时间再加2个机器周期时间(一般不小于10ms)。
时钟电路通过单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接定时元件12M的晶振，电容C1和C2一般去30pF左右，主要作用是帮助振荡器起震。
晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也越高，单片机运行速度也就越快。
2. 显示电路设计LCD1602显示电路原理图如图7所示图7 LCD1602显示电路此部分为LCD1602显示电路，通过10K可调电阻可以调节1602背光显示亮度。
P0口接一个10K的上拉排阻。
三个DS18B20接线如图8所示，每个传感器接一个I/O口。
图8 DS18B20接口电路单总线型DS18B20温度传感器采用一个DS18B20接一个I/O口的形式，大大简化了程序编写难度，通过排针可外接电源供电。
1.2.4 软件设计1. 初始化子程序DS18B20初始化程序严格按照DS18B20的时序来编写，微处理器开始发送一个复位脉冲（在480us～960us之间），接着数据线释放拉到高电平1，如图9所示。
图9 初始化子程序流程图2. 温度转换由三片DS18B20是串接在不同的I/O，读取温度的子是程序独立分开，但工作原理一样。
以单个为例，首先调用DS18B20初始化子程序对它进行初始化，然后发跳过匹配ROM命令，接着发温度转换命令完成温度转换，该命令主要是完成温度的A/D转换，读取温度程序是在转换结束后才能读取当前温度值。
其它两片工作原理一样。
工作流程图如图10。
图10 温度转换流程图3. DS18B20写子程序当主机把数据线从高逻辑电平拉低至逻辑电平时产生写时间片，有两种类型的写时间片，写1时间片和写0时间片，所有时间片必须有最短为60微秒的持续期。
在各写周期之间必须有最短为1us的恢复时间。
在I/O口线高电平变为低电平后DS18B20在15us到60us之间对I/O采样，如果是高电平则写1，低电平写0。
流程图如图11所示。
图11 写子程序流程图4. DS18B20读子程序从DS18B20读数据时单片机产生读时间片，当主机把数据线从逻辑高电平拉到低电平时产生读时间片，数据线必须保持在逻辑电平至少1微秒，来自DS18B20的输出数据在读时间段下降沿之后15微秒有效，因此为了读出从读时间段开始算起15微秒的状态单片机必须停止把I/O引脚驱动拉低至低电平，在读时间段结束时I/O引脚经过外部的上拉电阻拉回至高电平，所有读时间段的最短持续周期限为60微秒，各个读时间片之间必须有最短为1微秒的恢复时间，把主机采样时间定在15微秒期间的末尾系统时序关系就有最大的余地。