基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)(編輯修改稿)
2024-07-09 08:53 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 板 CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。 溫度傳感器的選擇 DS18B20 的簡(jiǎn)單介紹 DS18B20 溫度傳感器是一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 9~12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 DS18B20 的性能特點(diǎn)如下： ① 獨(dú)特的單線接口僅 需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信； ② 多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能； ③ 無(wú)須外部器件； ④ 可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ~； ⑤ 零待機(jī)功耗； ⑥ 溫度以９或１２位數(shù)字； ⑦ 用戶(hù)可定義報(bào)警設(shè)置； ⑧ 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件； ⑨ 負(fù)電壓特性，電極接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀， 只是 不能正常工作 。 DS18B20 的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(bào)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(kāi)漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源 ； GND 為 地信號(hào) ；VDD 為 可選擇的 VDD 引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。 綜合實(shí)訓(xùn) 論文 第 8 頁(yè) 共 23 頁(yè) 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(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 34所示。 圖 34 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 64 位 ROM 的結(jié)構(gòu)開(kāi)始 8位是產(chǎn)品類(lèi)型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48 位，最后 8位是前面 56 位的 CRC 檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè) DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因。溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過(guò)軟件寫(xiě)入戶(hù)報(bào)警上下限。 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存 RAM 和一個(gè)非易失性的可電擦除的 EERAM。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 9 字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖 38所示。頭 2 個(gè)字節(jié)包含測(cè)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(fù)位時(shí)被刷新。第 5個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。I/O C 64 位 ROM 和 單 線 接 口 高速緩存 存儲(chǔ)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(shí)訓(xùn) 論文 第 9 頁(yè) 共 23 頁(yè) 9 DS18B20 工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)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(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測(cè)試模式， DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶(hù)要去改動(dòng)， R1 和 R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來(lái)設(shè)置分辨率。 DS18B20 的測(cè)溫原理 DS18B20 的 溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的 最大 延時(shí)為 750ms。 DS18B20 測(cè)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(hào)送給計(jì)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(hào)作為計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃ 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器 1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器 1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0時(shí)，停止溫度寄存器值的 累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值。 圖 DS18B20 測(cè)溫原理 綜合實(shí)訓(xùn) 論文 第 10 頁(yè) 共 23 頁(yè) 10 DS18B2的外部電路圖 根據(jù)設(shè)計(jì)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(bào)警模塊選擇 在本設(shè)計(jì)中溫度測(cè)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(guān)的顯示功能，報(bào)警器可以用有源蜂鳴器配合三極管來(lái)代替，本設(shè)計(jì)則直接使用 LED發(fā)光二極管帶代替。 4 硬件電路的總體設(shè)計(jì) 溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖如圖 ,控制器使用單片機(jī) AT89C2052,溫度計(jì)傳感器使用 DS18B20,用液晶實(shí)現(xiàn)溫度顯示。 本溫度計(jì)大體分三個(gè)工作過(guò)程。首先，由 DS18820溫度傳感器芯片測(cè)量當(dāng)前的溫度，并將結(jié)果送入單片機(jī)。然后，通過(guò) 89C2052單片機(jī)芯片對(duì)送來(lái)的測(cè)量溫度讀數(shù)進(jìn)行計(jì)算和轉(zhuǎn)換，井將此結(jié)果送入液晶顯示模塊。最后， SMC1602A芯片將送來(lái)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(jī)芯片組成。其中， DSI8B20溫度傳感器芯片采用 “ 一線制 ”與單片機(jī)相連，它獨(dú)立地完成溫度測(cè)量以及將溫度測(cè)量結(jié)果送到單片機(jī)的工作。 綜合實(shí)訓(xùn) 論文 第 11 頁(yè) 共 23 頁(yè) 11 圖 溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)仿真圖 5 軟件 總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)程序主要包括主程序、讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、計(jì)算溫度子程序、顯示數(shù)據(jù)刷新子程序。 綜合實(shí)訓(xùn) 論文 第 12 頁(yè) 共 23 頁(yè) 12 主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出 并處理 DS18B20 的測(cè)量溫度值。溫度測(cè)量每 1s 一次。 圖 DS18B20 溫度計(jì)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(shí)須進(jìn)行 CRC 校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫(xiě)。 圖 讀出溫度子程序流程圖 綜合實(shí)訓(xùn) 論文 第 13 頁(yè) 共 23 頁(yè) 13
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