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1、 课题：数字温度设计 指导老师： 学生： 目录 1 引言.1 2 方案设计.2 2.1 设计任务 .2 2.2 设计要求 .2 2.2.1 基本要求 .2 2.2.2 提高要求 .2 2.2.3 发挥部分 .2 2.2.4 设计方案及元件选择.2 3 硬件设计.3 3.1 主控制器设计 .3 3.2 显示电路 .3 3.3 温度传感器工作原理 .4 3.4 温度传感器接口电路 .6 4 总结.7 5 附录.8 附录 1：.8 附录 2：. 错误错误！未定义书签未定义书签。 11 引言 随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度
2、计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活提供更好的更方便的设施就需要从单片机技术入手， 一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。 现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长， 而如何准确而又迅速的获得这些参数就需要受制于现代信息基础的发展水平。在三大信息信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)中， 传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器技术，在我国各领域已经引用的非常广泛，可以说是渗透到社会的每一个领域，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量
3、，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。 目前的智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的，它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶，特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)。社会的发展使人们对传感器的要求也越来越高， 现在的温度传感器正在基于单片机的基础上从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展，并朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展，本文将介绍智能集成温度传感器 DS18B20 的结构特征及控制方法， 并对以此传感器， 89
4、S51单片机为控制器构成的数字温度测量装置的工作原理及程序设计作了详细的介绍。与传统的温度计相比，其具有读数方便，测温范围广，测温准确，输出温度采用数字显示， 主要用于对测温要求比较准确的场所，或科研实验室使用。该设计控制器使用 STC 公司的 STC89C52 单片机，测温传感器使用DALLAS 公司 DS18B20，用数码管来实现温度显示。 22 方案设计 2.1 设计任务 设计一个可测量一定温度范围的温度计，并显示当前温度。 2.2 设计要求 2.2.1 基本要求 （1）可测温度范围：CCOO0 .1020 .000 （2）温度分辨力：CO4 . 0 （3）测量相对误差：%2 （4）系统
5、时间响应：s5 （5）用液晶屏实时显示被测温度 2.2.2 提高要求 （1）实现多个温度点的实时测量 （2）实现温度的分档测量 2.2.3 发挥部分 （1）实现零下温度并显示 （2）实现摄氏度，华氏度的转换并显示 （3）温度过高报警 2.2.4 设计方案及元件选择 在日常生活及工农业生产中，经常要用到温度的检测及控制，传统的测温元件有热电偶和热电阻。 而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成相对应的温度，需要比较多的外部硬件支持。其缺点如下： 1. 硬件电路复杂； 2. 软件调试复杂； 3. 制作成本高。 本数字温度计设计采用美国 DALLAS 半导体公司继 DS1820 之后推出的一种改
6、进型智能温度传感器 DS18B20 作为检测元件，测温范围为-55125，最高分辨率可达 0.0625。 DS18B20 可以直接读出被测温度值， 而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本易使用的特点。 3图 2 按照系统功能设计的要求，确定系统有三个模块组成：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所示。 3 硬件设计 3.1 主控制器设计 在这次设计中我们使用的是 STC89C52， STC89C52 是一种低功耗、 高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程
7、Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、 超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线， 看门狗定时器， 内置 4KB EEPROM， MAX810 复位电路， 三个 16 位 定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构， 全双工串行口。 另外 STC89X52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/ 计数器、串口、 中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或
8、硬件复位为止。最高运作频率 35Mhz，6T/12T 可选。 3.2 显示电路 图 1 4图 3 显示采用液晶屏显示 3.3 温度传感器工作原理 DS18B20 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位的数字值读数方式。DS18B20 的性能特点如下： 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯 简单的多点分布应用 无需外部器件 可通过数据线供电 零待机功耗 测温范围-55+125，以0.5递增。华氏器件-67+2570F，以0.90F 递增 温度以9 位数字量读出 温
9、度数字量转换时间200ms（典型值） 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 DS18B20 内部结构主要由四部分组成：64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。DS18B20 的管脚排列、各种封装形式如图 3.3.1 所示，DQ 为数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源；GND 为地信号；VDD 为可选择的 VDD 引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。其电路图 3.3.2 所示.。 5图 4 DS18B20 的测温原理如图 3.3.3 所示，图
10、中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器 1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所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 就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，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来决定，每次测量前，首先将-55 所对应的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
11、， 减法计数器 1 的预置将重新被装入,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即为所测温图 2 中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性其6图 5 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，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是 DS18B20 的测温原理。 另外，由于 DS18B20 单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。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。 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，然后再用 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
