《基于单片机的数字温度计设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的数字温度计设计（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第#页共15页基于单片机的数字温度计设计引吞随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现.能够独立工作的温度检测和显示系统使用于诸多领域。传 统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低，但需后续信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确 度低，检测系统也有-定的误差。和传统的温度计相比，这里设计的数字温度计具右读数方便，测温范闱广，测温精确， 数字显示，适用范闌宽等特点。选用AT89C51型单片机作为主控制器件，DS18B20作为测温传感器通过4位共阳极LED 数码管串II传送数据，实现温度显示。通过DS18B20直接读収被测温度值，进行数据转换，该器件的物理化学性能稳定,
2、线性度较好，在0C100C最人线性偏差小于0 rco该器件可直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。另 外，该温度计还能直接采用测温器件测最温度，从而简化数据传输和处理过程。2系统硬件设计方案AT89C51DS18B20e温度数据采集报警电路根据系统功能要求，构造图1所示的系统原理结构框图。f 驱动显示图1系统原理结构框图2单片机的选择AT89C51作为温度测试系统设计的核心器件。该器件是INTEL公司生产的MCS 一 51系列单片机中的 基础产品，采用了可靠的CMOS工艺制造技术，具有高性能的8位单片机，属于标准的MCS51的CMOS 产品。不仅结A了 HMOS的高速和高密度技术及C
3、HMOS的低功耗特征，而且继承和扩展了 MCS48单 片机的体系结构和指令系统。单片机小系统的电路图如图2所示。图2单片机小系统IAT89C51 单片(1) 和 MCS-51(2) 灵活的在鉛(3) 寿命为100375百F5丄一C2C3 LlC2ZU.0J.2.34.5.6.7T11 11 11 1A 1 1A 1APPPPPPPPRRXD/P3.0 TXD/P3.1 INT0P3.2 INTLP3.3 T0/P3.4 T1/P3.5 理 P3.6 RD P3.7 XTAL2 XTAL1 VSSVCC POO/ADO P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.引 AD3 P0.4/AD4 PO
4、.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 BA ALE PSENP2.7/A15 P2.6/A14 P2.5/A13 P2.4/A12 P2 3/A11P2.2/A10P2 1 A9P2.0A840373373F35TT3T32(4) 全静态工作模式：0Hz-33Hz；(5) 三级程序存储器锁定；(6) 128*8位内部RAM, 32可编程I/O线：(7) 两个16位定时器/计数器，6个中断源；(8) 全双工串行UART通道，低功耗的闲置和掉电模式；(9) 看门狗(WDT)及双数据指针：(9)片内振荡器和时钟电路：2.2温度传感器介绍DS18B20可以程序设定912位的分辨率，精度为0
5、.5Co可选更小的封装方式，更宽的电圧适用范圉。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EPROM中，掉电后依然保存。DALLAS 18B2O123温度传感器DS18B20引脚如图3所示。8765占 占 占 占NC NC NC GNDDS18B20(Bai lOM W AV1XX92 (DSIKB20)NC NCVDD DQo PQTO-92対装12348引脚封装图3温度传感器引脚功能说明：NC :空引脚，悬空不使用；VDD :可选电源脚，电源电压范围35.5V。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。DQ :数据输入/输出脚。漏极开路，常态下高电平。GND :为电源地DS18B20内部结构主要由四
6、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。光刻ROM中的64位序列号是岀厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址斥列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位(28H)是产品类型标号,接看的48位是该DS18B20自身的序列号,最后8 位是前面56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1 )c光刻ROM的作用是使每个DS18B20都各不 相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例:用16位符号扩展的二进制补码读数 形式提供，以0.0625C/LSB形式表达
7、，其中S为符号位这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是 符号位，如果测得的温度大于0,这5位为0,只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度：如果温 度小于0,这5位为1,测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。例如+125-C的数字输 出为07D0H,+25.0625C的数字输出为0191H,-25.0625C的数字输出为FF6FH,-55C的数字输出为FC90H。DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM,后 者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。
8、暂存存储器包含了 8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位, 第二个字节是温度的高八位。第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的 易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第六、七、八个字节用于内部计算。第九个 字节是冗余检验字节。该字节各位的意义如下：TM R1 RO 1 1 1 1 1低五位一直都是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,用户不要去改动。R1和R0用來设置分辨率，如表1所示：(DS18B20出厂时被设 置为12位)表1DS18B2
9、0温度转换时间表R1R0分辨率/位温度最大转向时间00993.750110187.510113751112750根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写Z前都要对DS18B20 进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线卜拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待1660微秒左右，后发出60240微秒的存在低脉冲, 主CPU收到此信号表示复位成功。一乞 -2.3温度传感器和单片机的连接温度传感器的单总线(1-Wire)和单片机的P2. 0连接，P2.
10、0是单片机的高位地址线A8。P2端口是 个带内部上拉电阻的8位双向I /O,其输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对该端 口写“1”，可通过内部上拉电阻将其端口拉至高电半，此时可作为输入口使用，这是因为内部存在上拉电阻, 某一引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时。如 执行MOTXDPTR指令，则表示P2端口送出高8位的地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时， 可执行MOVXRI指令，P2端口内容即为特殊功能寄存器(SFR)区中R2寄存器内容，整个访问期间不改变。 在Flash编程和程庠校验时，P2端口也接收高位地址和其他
11、控制信号。图4为DS18820内部结构。图5为 DS18820和单片机的接口电路。图4 DS18B20内部结构图2.4复位信号及外部复位电路单片机的P1.6端I I是MAX813看门狗电路中喂狗信号的输入端，即单片机每执行一次程序就设置一次喂狗信号，清零 看门狗器件。若程序出现异常，单片机引脚RST将岀现两个机器周期以上的高电平，使其复位。该复位信号高电平有效, 其有效时间应持续24个振荡脉冲周期即两个机器周期以上。若使用频率为12 MHz的晶体振荡器，则复位信号持续时间 应超过2ps才充成复位操作。2.5单片机和报警电路_第#页共15页同，不同的是在Flash编程和程序校验期间，P1接收低8
12、位地址数据。2.6电源电路由于该系统需要稳定的5 V电源，因此设计时必须采用能满足电圧、电流和稳定性要求的电源。该电 源采用三端集成稳压器LM7805o它仅有输入端、输出端及公共端3个引脚，其内部设有过流保护、过热保 护及调整管安全保护电路.由于所需外接元件少，使用方便、可靠，因此可作为稳压电源。图6为电源电 路连接图。LM7805+ 12VO470pflGNDVin VoutGlDOJpF 470plkQ图6电源电路连接图2.7显示电路采用技术成熟的74HC164实现串并转换。LED显示分为静态显示和动态显示。这里采用静态显示，系 统通过单片机的串行口來实现静态显示。串行口为方式零状态，即工
13、作在移位寄存器方式，波特率为振荡 频率的1/12。当器件执行任何一条将SBUF作为目的寄存器的命令时，数据便开始从RXD端发送。在写 信号有效时，相隔一个机器周期后发送控制端SEND有效，即允许RXD发送数据，同时允许从TXD端输 出移位脉冲。图7为显示电路的连接图。U1 74HC164LED1图7显示电路的连接图2.8看门狗电路系统中把P1.6作为看门狗的“喂狗”信号；将MAX813的RESET和单片机的复位信号RST连接。由于 单片机每执行一次程序，就会给看门狗器件一个复位信号，这样也可以用手工方式实现复位。当按键按下 时，SWSPST就会在MAX813引脚产生一个超过200 ms的低电平
14、，其实看门狗器件在1.6 s时间内没有 复位，使7引脚输出一个复位信号的作用是相同的，其连接图如图8所示。U6碌Wt)OVccRESETGNDWDIPFI1MAX813R5 Va 210k2 _31765R310kQ图8看门狗器件的NIAX813的连接图3软件设计DS1882O的主要数据元件有：64位激光Lasered ROM,温度灵敏元件和非易失性温度告警触发器TH 和TL。DSB1820可以从单总线获取电源，当信号线为高电平时，将能量贮存在内部电容器中：当单信号线 为低电平时，将该电源断开，直到信号线变为高电半重新接上寄生（电容）电源为止。此外，还可外接5 V 电源,给DS18820供电。
15、DS18820的供电方式灵活,利用外接电源还可增加系统的稳定性和可靠性。图9 为读取数据流程图。图9读取数据的流程图读出温度数据后，LOW的低四位为温度的小数部分，可以精确到0.0625-C, LOW的高四位和HIGH 的低四位为温度的整数部分，HIGH的高四位全部为1表示负数，全为0表示正数。所以先将数据提取出 來，分为三个部分：小数部分、整数部分和符号部分。小数部分进行四舍五入处理：大于0.5C的话，向个 位进1;小于0.5C的时候，舍去不要。当数据是个负数的时候，显示之前要进行数据转换，将其整数部分 取反加一。还因为DS18B20最低温度只能为55C,所以可以将整数部分的最高位换成一个“”，表示为负 数。图10为温度数据处理程序的流程图。图10温度数据处理流程图4数据测试将温度传感器和冰水混介物接触，经过充分搅拌达到热平衡后调节系统，使显示读数为
