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1、 1吉吉林工商学院吉林工商学院 温度测控器课程设计温度测控器课程设计设计名称设计名称: 温度测控器温度测控器班班 级：电子信息级：电子信息 10403 班班小组成员：徐爽小组成员：徐爽 宋连香宋连香 卢哲卢哲 王凤王凤 王紫娟王紫娟 陈煜凯陈煜凯指导教师：指导教师： 岳红岳红2012 年 12 月 14 日2一、温度测控器的原理及功能一、温度测控器的原理及功能如图 11 所示此多点温度测量电路主要由以下几部分组成：两个温度传感器 DS18B20 择开关电路，控制器单片机 AT89S52、扫描驱动电路、数码管 LED 显示器、报警及电源电路等。图 11 系统组成方框图温度传感器从测试点采集温度，
2、然后把温度转换成电压（或电流） ，温度传感器输出电压的大小随温度的高低变化而变化，电压值的变化范围从几个微伏到几个毫伏，不同的温度传感器，输出电压的范围也差别很大。单片机 AT89S52 是多点温度测量电路的控制核心，它将采集到的数字温度电压值，经过计算处理，得到相应的温度值，经扫描驱动送到 LED 显示器以数字形式显示测量的温度。LED 显示器用于显示预设温度和实际测量温度的结果。二、系统硬件电路的设计二、系统硬件电路的设计2.12.1 温度测量电路温度测量电路多点温度测量电路由主控器单片机 AT89S52 作为多点温度测量电路的核心，温度传感器DS18B20 负责从测量点采集温度，七位共阳
3、 LED 数码管以动态扫描法实现温度显示。2.1.1 DS18B20单线智能温度传感器的工作原理(1) DS18B20 单线智能温度传感器的性能特点DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司最近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。DS18B20 的性能特点如下：DS18B20LED 显示器 预设温度 实际温度扫描驱动单片机AT89S52温度控制电路电 源3独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能；无
4、须外接部件；可通过数据供电，电压范围为 3.05.5V；零待机功耗；温度以 9 或 12 位数字量读出；用户可定义的非易失性温度报警设置；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；负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧坏，但不能正常工作.(2) DS18B20 的内部结构框图如图 21 所示，它采用 3 脚 PR35 封装或 8 脚 SOIC 封装其管脚封装如图 22 所示。(3) DS18B20 单线智能温度传感器的工作原理64 位 ROM 的位结构如图 23 所示。开始 8 位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有 48 位，最后 8 位是前面 5
5、6 位的 CRC 检验码，这也是多个 DS18B20 可以采用一线进行通信的原因。非易失性温度报警触发器 TH 和 TL，可通过软件写入户报警上下限。DS18B20 温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失性的可电擦除的 EEPRAM。高速暂存 RAM 的结构为 8 字节的存储器，结构如图 26 所示。图 21 DS18B20 内部结构64 位 ROM 和单 线接 口 高速 缓存存储器与控制器温度传感器高温触发器 TH低温触发器 TL配置寄存器8 位 CRC 发生器I/OVDDC4图 22 DS18B20 的引脚排列头 2 个字节包含测得的温度信息，第 3 和第 4 字节
6、是 TH 和 TL 的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第 5 个字节为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20 工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。该字节各位的定义如图25 所示。低 5 位一直为 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，用户不要改动，R1 和 R0 决定温度转换的精度位数，即用来设置分辨率，方法见表 24 。MSB LSB MSB LSB MSB LSB图 23 位 64 位 ROM 结构图由表 33 可见,DS18B20 温度转换时间比较长，而且
7、设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存 RAM 的第 6、7、8 字节保留未用，表现为全逻辑 1。第 9 字节读出前面所有 8 字节的 CRC 码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。8 位检验 CRC48 位序列号8 位工厂代码（10H）5表 24 DS18B20 分辨率的定义规定1 字节2 字节3 字节4 字节 5 字节6 字节7 字节 EEPROM8 字节9 字节图 2-5 配置寄存器图 26 高速暂存 RAM 结构图当 DS18B20 接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以 16 位带符号扩展
8、的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第 1、2 字节。单片机可以通过单总线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以 0.0625/LSB 形式表示。温度值格式如图28 所示。当符号位 S=0 时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制转换为十进制；当符号位S=1 时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制值。表 24 是一部分温度值对应的二进制温度数据。R1R0分辨率/位温度最大转换时间/ms00993.750110187.510113751112750温度 LSB温度 MSBTH 用户字节 1TL 用户字节 2配置寄存器保留保留保留CRCTMR1R0111
9、11TH 用户字节 1TL 用户字节 26LS 字节MS 字节图 27 温度数据值格式在 64 位 ROM 的最高有效字节中存储器循环冗余检验码(CRC)。主机根据 ROM 的前 56 位来计算 CRC 值，并和存入 DS18B20 的 CRC 值做比较，以判断主机收到的 ROM 数据是否正确。DS18B20 的测温原理如图 29 所示.图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用它产生的信号作为减法计数器 1 的脉冲输入；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显变化，所以产生的信号作为减法计数器 2 的脉冲输入。图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20 对低温度系数振荡器产生的时
10、钟脉冲进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器决定，每次测量前，首先将55所对应的一个基数分别置入减法计数器 1 和温度寄存器中，减法计数器 1 和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。减法计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器 1 的预置值减到 0 时，温度寄存器的值将加 1，减法计数器 1 的预置值将重新被装入，减法计数器 1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器 2 计数到 0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。图 29 中的斜率累加器用于温度补偿和修正测温过程中的非
11、线形性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值达到被测温度值。另外，由于 DS18B20 单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时很重要。系统对 DS18B20 的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化 DS18B20（发复位脉冲）发 ROM 功能命令 发存储器操作命令 处理数据。(4) DS18B20 与单片机的接口电路DS18B20 可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时 DS18B20 的 1 脚接地，2脚作为信号线，3 脚接电源。另一种是寄生电源方式，如图 210 所示。单片机端口接单总线，为保证在有效的 D
12、S18B20 时钟周期内提供足够的电流，可用一个 MOSFET 管来完成对总线的上拉。当 DS18B20 处于写存储器操作和温度 A/D 转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开始时间最大为 10s。采用寄生电源供电方式时 VDD 和 GND端均接地。由于单线制只有一根线，232221202-12-22-32-4SSSSSSSS7因此发送接口必须是三态的。表 28 DS18B20 温度与测得值对应表图 29 DS18B20 测温原理图温度/二进制十六进制表示+1250000 0111 1101 0000 07D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000
13、0001 1001 00010191H+10.1250000 0000 1010 001000A2H+0.50000 0000 0000 10000008H00000 0000 0000 00000000H0.51111 1111 1111 1000FFF8H10.1251111 1111 0101 1110FF5EH25.06251111 1110 0110 1111FE6FH551111 1100 1001 0000FC90H8DS18B20DS18B20DS18B20VCC4.7kVCC8051图 210 DS18B20 采用寄生电源的电路图2.22.2 驱动电路驱动电路74ls2457
14、4ls245 引脚图与用法引脚图与用法74LS245 是我们常用的芯片，用来驱动 led 或者其他的设备,用法很简单如上图,这里简单的给出一些资料，他是 8 路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。74LS245 还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。当 8051 单片机的 P0 口总线负载达到或超过 P0 最大负载能力时，必须接入 74LS245 等总线驱动器。当片选端/CE 低电平有效时，DIR=“0” ，信号由 B 向 A 传输；（接收）*DIR=“1” ，信号由 A 向 B 传输；（发送）当/CE 为高电平时，A、B 均为高阻态。92.32.3 显示电路显示电路LEDLED
15、 数码管显示原理数码管显示原理 常用的 LED 显示器为 8 段（或 7 段）分别记作 a、b、c、d、e、f、g、dp 、其中 dp 为小数点,每一只发光二极管都有一根电极引到外部引脚上,而另外一只 引脚就连接在一起同样也引到外部引脚上,记作公共端(COM),如上图所示。LED 数码管有两种,分为共阳极与共阴极.共阳极:当数码管里面的发 光二极管的阳极接在一起作为公共引脚,在正常使用时此引脚接电源正极.当发光二 极管的阴极接低电平时, 发光二极管被点亮, 从而相应的数码段显示， 而输入高电平的段则不能点亮。相反,共阴极:当数码管里面的发光二极管的阴极接 在一起作为公共引脚,在正常使用时此引脚接电源负极.当发光二极管的阳极接高电平时,发光二极管被点亮,从而相应的数码段显示,而输入低电平的 段则不能点亮。为了使 LED 显示器显示不同的符号或数字，要把某些段的发光二极管点亮，这样就要为LED 显示器提供代码，因为这些代码可使 LED 相应的段发光，从而显示不同字型，因此该代码也成为段码（或称字型码）。段码与字节中各位对应关系段码与字节中各位对应关系 代码位D7D6D5D4D3D2D1D0 显示段dpgfedcba10八段八段 LED 数码管段代码编码表数码管段代码编码表 字形0123456789共阳C0HF9HA4HB0H99H92H82HF8H80H90H共阴3FH06H
