基于單片機的數(shù)字溫度計(編輯修改稿)
2025-07-09 08:53 本頁面
【文章內容簡介】 板 CPU 的相應功能端，用于當前制式的檢測及會聚調整狀態(tài)進入的控制功能。 溫度傳感器的選擇 DS18B20 的簡單介紹 DS18B20 溫度傳感器是一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9~12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 DS18B20 的性能特點如下： ① 獨特的單線接口僅 需要一個端口引腳進行通信； ② 多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能； ③ 無須外部器件； ④ 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ~； ⑤ 零待機功耗； ⑥ 溫度以９或１２位數(shù)字； ⑦ 用戶可定義報警設置； ⑧ 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件； ⑨ 負電壓特性，電極接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀， 只是 不能正常工作 。 DS18B20 的外形和內部結構 DS18B20 內部結構主要由四部分組成 ： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 DS18B20 的管腳排列、各種封裝形式如圖 所示， DQ 為 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源 ； GND 為 地信號 ；VDD 為 可選擇的 VDD 引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 綜合實訓 論文 第 8 頁 共 23 頁 8 圖 外部封裝形式 圖 DS18B20 的電路 DS18B20 采用 3腳 PR－ 35封裝或 8腳 SOIC 封裝，其內部結構框圖如圖 34所示。 圖 34 DS18B20 內部結構 64 位 ROM 的結構開始 8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48 位，最后 8位是前面 56 位的 CRC 檢驗碼，這也是多個 DS18B20 可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過軟件寫入戶報警上下限。 DS18B20 溫度傳感器的內部存儲器還包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失性的可電擦除的 EERAM。高速暫存 RAM 的結構為 9 字節(jié)的存儲器，結構如圖 38所示。頭 2 個字節(jié)包含測得的溫度信息， 第 3和第 4 字節(jié) TH 和 TL 的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第 5個字節(jié)，為配置寄存器，它的內容用于確定溫度值的數(shù)字轉換分辨率。I/O C 64 位 ROM 和 單 線 接 口 高速緩存 存儲器與控制邏輯 溫度傳感器 高溫觸發(fā)器 TH 低溫觸發(fā)器 TL 配置寄存器 8 位 CRC 發(fā)生器 Vdd 綜合實訓 論文 第 9 頁 共 23 頁 9 DS18B20 工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖38 所示。低 5位一直為 1， TM 是工作模式位，用于設置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式， DS18B20 出廠時該位被設置為 0，用戶要去改動， R1 和 R0決定溫度轉換的精度位數(shù)，來設置分辨率。 DS18B20 的測溫原理 DS18B20 的 溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，溫度轉換時的 最大 延時為 750ms。 DS18B20 測溫原理如圖 所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器 1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器 2 的脈沖輸入。計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預置在－ 55℃ 所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器 1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器 1的預置值減到 0時，溫度寄存器的值將加 1，計數(shù)器 1 的預置將重新被裝入，計數(shù)器 1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器 2 計數(shù)到 0時，停止溫度寄存器值的 累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器 1 的預置值。 圖 DS18B20 測溫原理 綜合實訓 論文 第 10 頁 共 23 頁 10 DS18B2的外部電路圖 根據(jù)設計要求，傳感器的硬件電路圖如圖 所示。 圖 DS18B20 外部電路圖 顯示及報警模塊選擇 在本設計中溫度測量范圍為 0℃～＋ 125℃，精度為177。 ℃，因此只需要液晶SMC1602A就可以完成相關的顯示功能，報警器可以用有源蜂鳴器配合三極管來代替，本設計則直接使用 LED發(fā)光二極管帶代替。 4 硬件電路的總體設計 溫度計電路設計原理圖如圖 ,控制器使用單片機 AT89C2052,溫度計傳感器使用 DS18B20,用液晶實現(xiàn)溫度顯示。 本溫度計大體分三個工作過程。首先，由 DS18820溫度傳感器芯片測量當前的溫度，并將結果送入單片機。然后，通過 89C2052單片機芯片對送來的測量溫度讀數(shù)進行計算和轉換，井將此結果送入液晶顯示模塊。最后， SMC1602A芯片將送來的值顯示于顯示屏上 。 由圖 ，本電路主要由 DSl8820溫度傳感器芯片、 SMCl602A液晶顯示模塊芯片和 89C2052單片機芯片組成。其中， DSI8B20溫度傳感器芯片采用 “ 一線制 ”與單片機相連，它獨立地完成溫度測量以及將溫度測量結果送到單片機的工作。 綜合實訓 論文 第 11 頁 共 23 頁 11 圖 溫度計電路設計仿真圖 5 軟件 總體設計 系統(tǒng)程序主要包括主程序、讀出溫度子程序、溫度轉換命令子程序、計算溫度子程序、顯示數(shù)據(jù)刷新子程序。 綜合實訓 論文 第 12 頁 共 23 頁 12 主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出 并處理 DS18B20 的測量溫度值。溫度測量每 1s 一次。 圖 DS18B20 溫度計主程序流程圖 讀出溫度子程序的主要功能是讀出 RAM 中的 9字節(jié)。在讀出時須進行 CRC 校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。 圖 讀出溫度子程序流程圖 綜合實訓 論文 第 13 頁 共 23 頁 13
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