【正文】 點溫度測量系統(tǒng) 本課題設(shè)計的數(shù)字溫度計選用 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器它與單片機組成一個測溫系統(tǒng)具有線路簡單體積小等特點而且一條總線可連接器件構(gòu)成一個低電壓低功耗的多點數(shù)字測溫系統(tǒng)適合于惡劣環(huán)境下進行現(xiàn)場溫度測量有廣泛的應(yīng)用前景 AD 轉(zhuǎn)換后就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理在顯示電路上就可以將被測溫度顯示出來這種設(shè) 計需要用到 AD 轉(zhuǎn)換電路其中還涉及到電阻與溫度的對應(yīng)值的計算感溫電路比較麻煩而且在對采集的信號進行放大時容易受溫度的影響出現(xiàn)較大的偏差 方案二 進而考慮到用溫度傳感器在單片機電路設(shè)計中大多都是使用傳感器所以這是非常容易想到的所以可以采用一只溫度傳感器 DS18B20 此傳感器可以很容易直接讀取被測溫度值進行轉(zhuǎn)換電路簡單精度高軟硬件都以實現(xiàn)而且使用單片機的接口便于系統(tǒng)的再擴展?jié)M足設(shè)計要求一條總線可連接器件構(gòu)成一個低電壓低功耗的多點數(shù)字測溫系統(tǒng)適合于惡劣環(huán)境下進行現(xiàn)場溫度測量有廣泛的應(yīng)用前景 系統(tǒng)概述 在日常生活及 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要用到溫度的檢測及控制傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和熱電阻而熱電偶和熱電阻測出的一般都是電壓再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度需要比較多的外部硬度支持硬件電路 [1]復(fù)雜軟件調(diào)試復(fù)雜制作成本高 故本設(shè)計使用集成傳感器 DS18B20 作為測溫傳感器系統(tǒng)主要分為溫度采集模塊數(shù)據(jù)傳輸模塊報警模塊 LED 顯示模塊和供電模塊系統(tǒng)設(shè)計原理圖如圖 21所示 圖 1 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計原理圖 DS18B20 之后推出的一種改進型智能溫度傳感器 DS18B20 作為檢測元件測溫范圍為－ 55℃～＋ 125℃最大分辨率可達 00625℃ DS18B20 可以直接讀出被測溫度值而且采用 3 線制與單片機相連減少了外部的硬件電路具有低成本和易使用的特點 總體設(shè)計 231 實現(xiàn)功能 采用數(shù)字溫度傳感器基于單片機的數(shù)字溫度計本溫度計屬 于多功能溫度計可以設(shè)置上下報警溫度當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時可以報警 采集到的溫度數(shù)據(jù)通過數(shù)碼管顯示出來采集的溫度范圍為 0 到 99 度精確到1 度 232 擴展功能 測溫范圍 55～ 125 誤差 05℃以內(nèi)采用 LED數(shù)碼管直讀顯示測溫范圍為 55～ 125 ℃的上線溫度和下線溫度 報警功能能在上限和下限溫度時蜂鳴器報警發(fā)光二極管閃爍 LED 數(shù)碼管直讀顯示當(dāng)溫度為負則顯示負號最低位顯示攝氏度符號 C硬件設(shè)計 總體電路設(shè)計 溫度計電路設(shè)計原理圖如圖 21 所示控制器使用單片機溫度傳感器使用DS18B20 用 4 位共陽 LED 數(shù)碼管以動態(tài)掃描法實現(xiàn)溫度顯示采用 USB 燒入程序及供電用 12M 晶振電路還包括按鍵電路復(fù)位電路報警電路控制加溫電路單片機外設(shè)電路等整個系統(tǒng)的原理圖如下圖所示 主控制器 STC89C52 STC89C52 是低電壓 高性能 CMOS 8 位單片機 片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數(shù) 據(jù)存儲器 RAM 器件采用高密度非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)與標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容 片內(nèi)置通用 8 位中央處理器 CPU 和 Flash 存儲單元功能強大 STC89C52 單片機適合于許多 較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合 STC89C52 單片機為 40 引腳雙列直插芯片 有四個 IO 口 P0P1P2P3每一條 IO 線都能獨立地作輸出或輸 入 STC89C52 PDIP 管腳封裝如圖 所示 STC89c52 包含以下部分 1 一個 8 位微處理器 CPU 2 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 RAM 和特殊功能寄存器 SFR 3 片內(nèi)程序存儲器 ROM 4 兩個定時計數(shù)器 T0T1 可用作定時器也可用以對外部脈 沖進行計數(shù) 5 四個 8 位可編程的并行 IO 端口每個端口既可作輸入也可 作輸出6 一個串行端口用于數(shù)據(jù)的串行通信 7 中斷控制系統(tǒng) 8 內(nèi)部時鐘電路 STC89c52部分引腳說明 1 時鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL2 18 腳 接外部晶體和微調(diào)電容的一端在 8051 片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率若需采用外部時鐘電路時該引腳輸入外部時鐘脈沖 要檢查 80518031 的振蕩電路是否正常工作可用示波器查看 XTAL2 端是否有脈沖信號輸出 XTAL1 19 腳 接外部晶體和微調(diào)電容的另一端在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端在采用外部時鐘時該引腳必須接地 控制信號引腳 RSTALEPSEN 和 EA RSTVPD 9 腳 RST 是復(fù)位信號輸入端高電平有效當(dāng)此輸入端保持備用電源的輸入端當(dāng)主電源 Vcc 發(fā)生故障降低到低電平規(guī)定值時將＋ 5V 電源自動兩個機器周期 24 個時鐘振蕩周期 的高電平時就可以完成復(fù)位操作 RST 引腳的第二功能是 VPD即接入 RST 端為 RAM 提供備用電 源以保證存儲在 RAM 中的信息不丟失從而合復(fù)位后能繼續(xù)正常運行 ALEPROG 30 腳 地址鎖存允許信號端當(dāng) 8051 上電正常工作后 ALE 引腳不斷向外輸出正脈沖信號此頻率為振蕩器頻率 fOSC 的 16CPU 訪問片外存儲器時 ALE 輸出信號作為鎖存低 8 位地址的控制信號 平時不訪問片外存儲器時 ALE 端也以振蕩頻率的 16 固定輸出正脈沖因而ALE 信號可以用作對外輸出時鐘或定時信號如果想確定 80518031 芯片的好壞可用示波器查看 ALE端是否有脈沖信號輸出如有脈沖信號輸出則 80518031 基本上是好的 ALE 端的負載驅(qū)動能力為 8 個 LS 型 TTL 低功耗甚高速 TTL 負載 此引腳的第二功能 PROG 在對片內(nèi)帶有 4KB EPROM 的 8751 編程寫入 固化程序 時作為編程脈沖輸入端 PSEN 29 腳 程序存儲允許輸出信號端在訪問片外程序存儲器時此端定時輸出負脈沖作為讀片外存儲器的選通信號此引肢接 EPROM 的 OE 端 見后面幾章任何一個小系統(tǒng)硬件圖 PSEN 端有效即允許讀出 EPROM／ ROM 中的指令碼 PSEN 端同樣可驅(qū)動 8 個 LS 型 TTL 負載要檢查一個 80518031 小系統(tǒng)上電后 CPU 能否正常到 EPROM／ ROM 中讀取指令碼也可用示波器看 PSEN 端有無脈沖輸出如有則說明基本上工作正常 EAVpp 31 腳 外部程序存儲器地址允許輸入端固化編程電壓輸入端當(dāng) EA 引腳接高電平時 CPU只訪問片內(nèi) EPROMROM并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令但當(dāng) PC 程序計數(shù)器 的值超過 0FFFH 對 87518051 為 4K 時將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲器內(nèi)的程序當(dāng)輸入信號 EA 引腳接低電平 接地 時 CPU 只訪問外部 EPROMROM 并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令而不管是否有片內(nèi)程序存儲器對于無片內(nèi) ROM 的 8031 或 8032 需外擴 EPROM 此時必須將 EA 引腳接地此引腳的第二功能是 Vpp 是對 8751 片內(nèi) EPROM固化編程時作為施加較高編程電壓 一般 12V～ 21V 的輸入端 3 輸入輸出端口 P0P1P2P3 P0口 P00～ P073932 腳 P0口是一個漏極開路的 8 位準雙向 IO口作為漏極開路的輸出端口每位能驅(qū)動 8 個 LS 型 TTL 負載當(dāng) P0 口作為輸入口使用時應(yīng)先向口鎖存器 地址 80H 寫入全 1 此時 P0 口的全部引腳浮空可作為高阻抗輸入作輸入口使用時要先寫 1這就是準雙向口的含義在 CPU 訪問片外存儲 器時 P0口分時提供低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線在此期間 P0 口內(nèi)部上拉電阻有效 P1 口 P10～ P1718 腳 P1 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準雙向 IO 口 P1口每位能驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負載在 P1 口作為輸入口使用時應(yīng)先向 P1 口鎖存地址 90H 寫入全 1 此時 P1 口引腳由內(nèi)部上拉電阻拉成高電平 P2 口 P20～ P272128 腳 P2 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準雙向 IO口 P口每位能驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負載在訪問片外 EPROMRAM 時它輸出高 8 位地址 P3口 P30～ P371017 腳 P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準雙向 IO 口 P3口每位能驅(qū)動 4 個 LS型 TTL 負載 P3 口與其它 IO 端口有很大的區(qū)別它的每個引腳都有第二功能如下 P30 RXD 串行數(shù)據(jù)接收 P31 RXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 P32 INT0 外部中斷 0 輸入 P33 INT1 外部中斷 1 輸入 P34 T0 定時計數(shù)器 0 的外部計數(shù)輸入 P35 T1 定時計數(shù)器 1 的外部計數(shù)輸入 P36 WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 P37 RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 顯示電路 顯示電路采用 8 位共陰極 LED 數(shù)碼管其中的前 5 位 P0 口高電平有效作為段碼輸 出并作為數(shù)碼管的驅(qū)動 P2 口的低 3 位作為數(shù)碼管的位選端采用動態(tài)掃描的方式顯示如圖 32 所示 1 74HC573 11 腳接 ACC 鎖存不起作用相當(dāng)于直通相應(yīng)的段賦值 1 有效 2 74HC138 ABC 賦值 07 則輸出端分別是 Y0Y7 置 0 如 P2 0 則 Y0 0 P2 6則 Y6 0 即選通第七個數(shù)碼管 圖 32 顯示電路 報警溫度調(diào)整按鍵 本系統(tǒng)設(shè)計個按鍵采用查詢方式均采用軟 件消抖硬件連接如圖所示 按鍵 圖 34