电子信息工程技术数字温度计.doc
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1、摘 要本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计,就是用单片机实现温度测量,传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器,但热敏电阻的可靠性差,测量温度准确率低,而且必须经过专门的接口电路转换成数字信号才能由单片机进行处理。本次采用DS18B20数字温度传感器来实现基于AT89S52单片机的数字温度计的设计用LCD数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求,可以用于温度等非电信号的测量,主要用于对测温比较准确的场所,或科研实验室使用,能独立工作的单片机温度检测、温度控制系统已经广泛应用很多领域。关键词 温度计;单片机;数字控制;DS18B20ABSTRACT This article w
2、ill introduce the single-chip microcomputer-based control of a digital thermometer is used to achieve single-chip temperature measurement, the traditional detection of most of the temperature thermistor for temperature sensor, but the poor reliability of thermistors, temperature measurement accuracy
3、 of low - , and must go through a special interface circuit to convert the digital signal processed by the single chip. The use of digital temperature sensor DS18B20 to AT89S52 microcontroller-based design of digital thermometer with LCD digital control to the serial transmission of data, temperatur
4、e display, accurate to achieve the above requirements, can be used for temperature measurement and other non-electrical signal, mainly used for more accurate temperature measurement sites, or research laboratory use, can work independently of the single-chip temperature detection, temperature contro
5、l system has been widely used in many areasKey words Thermometer;Single-chip;Digital Control; DS18B20目 录 1 绪论101.1 前言101.2 数字温度计设计方案论证111.2.1 方案一111.2.2 方案二111.3 方案二的总体设计框图111.3.1 主控制器121.3.2 温度传感器122 硬件电路设计162.1 主要芯片介绍162.1.1 AT89S52的介绍162.1.2 AT89S52各引脚功能介绍172.2 主板电路192.3 显示电路203 软件设计213.1 主程序流程图2
6、13.2 读出温度子程序流程图223.3 温度转换命令子程序流程图233.4 计算温度子程序流程图233.5 显示数据刷新子程序流程图244 Proteus仿真调试254.1 Proteus软件介绍254.2 Proteus界面介绍264.2.1 原理图编辑窗口264.2.2 预览窗口264.2.3 模型选择工具栏274.2.4 元件列表284.2.5 方向工具栏284.2.6 仿真工具栏284.3 本次设计仿真过程294.3.1 创建原理图294.3.2 绘制的仿真原理图如304.3.3 系统调试314.3.4 开始仿真324.4 总结与体会33参考文献34致 谢35附录1 程序清单36附录
7、2 元器件清单44附录3 原理图45附录4 PCB图461 绪论1.1 前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数单片机技术入手,一切向着数字化控制,智能化控制方向发展。随着时代的进步和发展,单片机技术已经普及到我们生活,工作,科研,各个领域,已经成为一种比较成熟的技术,单片机已经在测控领域中获得了广泛的应用本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比,具有读数方便,测温范围广,测温准确,其输出温度采用数字显示,该设计
8、控制器使用单片机AT89S52,测温传感器使用DS18B20,用LCD数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。1.2 数字温度计设计方案论证1.2.1 方案一由于本设计是测温电路,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,在将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到A/D转换电路,感温电路比较麻烦。1.2.2 方案二 进而考虑到用温度传感器,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以这是非常容易想到的,所以可以采用一只温度传感器DS18B20,此传感器,可以很容易直接读取被测温
9、度值,进行转换,就可以满足设计要求。从以上两种方案,很容易看出,采用方案二,电路比较简单,软件设计也比较简单,故采用了方案二。1.3 方案二的总体设计框图温度计电路设计总体设计方框图如图1.1所示,控制器采用单片机AT89S52,温度传感器采用DS18B20,用LCD液晶显示屏以串口传送数据实现温度显示: 主 控 制 器LCD显 示温 度 传 感 器单片机复位时钟振荡图1.1 总体设计方框图1.3.1 主控制器单片机AT89S52具有低电压供电和体积小等特点,四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要,很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。1.3.2 温度传感器DS18B20
10、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。DS18B20的性能特点如下:独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信;多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能;无须外部器件;可通过数据线供电,电压范围为3.05.5;零待机功耗;温度以9或12位数字;用户可定义报警设置;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毁,但不能正常工作; DS18B20采用3脚PR35封装
11、或8脚SOIC封装,其内部结构框图如图2.2所示: C64 位ROM和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑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VddI/O图1.2 DS18B20内部结构64位ROM的结构开始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,最后位是前面56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。温度报警触发器和,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和一个非易失性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM的结构为字节的存储器,结构如图2.3.2所示。头个字节包含测得的温度信
12、息,第和第字节和的拷贝,是易失的,每次上电复位时被刷新。第个字节,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工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图2.3所示。低位一直为,是工作模式位,用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式,DS18B20出厂时该位被设置为,用户要去改动,R1和0决定温度转换的精度位数,来设置分辨率。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CRC图1.3 DS18B20字节定义由表1.1可见,DS18B20温度转换的时间比较长,而且分辨率越高,所需要的温度数据转换时间越长。因此,在
13、实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存的第6、7、8字节保留未用,表现为全逻辑。第9字节读出前面所有字节的CRC码,可用来检验数据,从而保证通信数据的正确性。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0.0625LSB形式表示。当符号位时,表示测得的温度值为正值,可以直接将二进制位转换为十进制;当符号位时,表示测得的温度值为负值,要先将补码变成原码,再计算十进制数值。表1.2是一部分温度值对应的二进制温度数据。表1
14、.1 DS18B20温度转换时间表 DS18B20完成温度转换后,就把测得的温度值与RAM中的TH、T字节内容作比较。若TH或TTL,则将该器件内的报警标志位置位,并对主机发出的报警搜索命令作出响应。因此,可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码(CRC)。主机ROM的前56位来计算CRC值,并和存入DS18B20的CRC值作比较,以判断主机收到的ROM数据是否正确。DS18B20的测温原理是这这样的,器件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;高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变,
15、所产生的信号作为减法计数器的脉冲输入。器件中还有一个计数门,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所对应的一个基数分别置入减法计数器、温度寄存器中,计数器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,当减法计数器的预置值减到时,温度寄存器的值将加,减法计数器的预置将重新被装入,减法计数器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计数到时,停止温度寄存器的累加,此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输
16、出用于修正减法计数器的预置值,只要计数器门仍未关闭就重复上述过程,直到温度寄存器值大致被测温度值。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,因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作按协议进行。操作协议为:初使化DS18B20(发复位脉冲)发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。表1.2一部分温度对应值表温度/二进制表示十六进制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 00010
17、0A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H2 硬件电路设计2.1 主要芯片介绍2.1.1 AT89S52的介绍选用的AT89S52与同系列的AT89C51在功能上有明显的提高,最突出是的可以实现在线的编程。用于实现系统的总的控制。其主要功能列举如下:(1)为一般控制应用的 8 位单片机(2)
18、晶片内部具有时钟振荡器(传统最高工作频率可至 33MHz)(3)内部程式存储器(ROM)为 4KB(4)内部数据存储器(RAM)为 128B(5)外部程序存储器可扩充至 64KB(6)外部数据存储器可扩充至 64KB(7)32 条双向输入输出线,且每条均单独做 I/O 的控制(8)5 个中断向量源(9)2 组独立的 16 位定时器(10)1 个全双工串行通信端口(12)8751 及 8752 单芯片具有数据保密的功能(13)单芯片提供位逻辑运算指令2.1.2 AT89S52各引脚功能介绍VCC:ATAT89S52 电源正端输入,接+5V。VSS:电源地端。XTAL1:单芯片系统时钟的反向放大器
19、输入端XTAL2:系统时钟的反向放大器输出端,一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了,此外可以在两个引脚与地之间加入一个 20PF 的小电容,可以使系统更稳定,避免噪声干扰而死机。RESET:AT89S52的重置引脚,高电平动作,当要对晶片重置时,只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间,AT89S52便能完成系统重置的各项动作,使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态,并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。EA/Vpp:EA为英文External Access的缩写,表示存取外部程序代码之意,低电平动作,也就是说
20、当此引脚接低电平后,系统会取用外部的程序代码(存于外部EPROM中)来执行程序。因此在8031及8032中,EA引脚必须接低电平,因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时,此引脚要接成高电平。此外,在将程序代码烧录至8751内部EPROM时,可以利用此引脚来输入21V的烧录高压(Vpp)。ALE/PROG:ALE是英文Address Latch Enable的缩写,表示地址锁存器启用信号。ATAT89S51可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器(如74LS373),将端口0的地址总线(A0A7)锁进锁存器中,因为ATAT89S51是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序
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