【文章內(nèi)容簡介】 有關(guān)資料做了本設(shè)計。 本設(shè)計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用，該設(shè)計控制器使用單片機 AT89S51，測溫傳感器使用 DS18B20，用 4 位共陰極 LED數(shù)碼管實現(xiàn)溫度顯示,能準確達到以上要求。2 總體設(shè)計方案 數(shù)字溫度計設(shè)計方案論證 方案一 由于本設(shè)計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行 A/D 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 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。 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，就可以滿足設(shè)計要求。從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計也比較簡單，故采用了方案二。 方案二的總體設(shè)計框圖溫度計電路設(shè)計總體設(shè)計方框圖如圖 1 所示，控制器采用單片機 AT89S51，溫度傳感器采用 DS18B20，用 2 位 LED 數(shù)碼管以并口傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)溫度顯示。圖 1 總體設(shè)計方框圖 主控制器單片機 AT89S51 具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。 顯示電路 顯示電路采用 2 位共陽 LED 數(shù)碼管，從 P1 口輸出待顯示的數(shù)據(jù)。 溫度傳感器 DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的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：●獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；●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；●無須外部器件；●可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ~；●零待機功耗；●溫度以９或１２位數(shù)字；●用戶可定義報警設(shè)置；●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；●負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； 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 2 所示。圖 2 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖64 位 ROM 的結(jié)構(gòu)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(nèi)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(jié)構(gòu)為８字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖 3 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(fù)位時被刷新。第５個字節(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。DS18B20 工作時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 3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試模式，DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為０，用戶要去改動，R1 和Ｒ0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。由表 1 可見，DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。 高速暫存ＲＡＭ的第６、７、８字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯１。第９字節(jié)讀出前面所有８字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。 當 DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第１、２字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃／LSB 形式表示。 當符號位Ｓ＝０時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當符號位Ｓ＝１時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。表 2 是一部分溫度值對應(yīng)的二進制溫度數(shù)據(jù)。DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與 RAM 中的 TH、TＬ字節(jié)內(nèi)容作比較。若Ｔ＞TH 或 T＜TL ，則將該器件內(nèi)的報警標志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只 DS18B20 同時測量溫度并進行報警搜索。在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（CRC）。主機 ROM 的前 56位來計算 CRC 值，并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比較，以判斷主機收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。 DS18B20 的測溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器１；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器２的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將－55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器１、溫度寄存器中，計數(shù)器１和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。 減法計數(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)，當減法計數(shù)器１的預(yù)置值減到０時，溫度寄存器的值將加１，減法計數(shù)器１的預(yù)置將重新被裝入，減法計數(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)直到減法計數(shù)器計數(shù)到０時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。 AT24C02 串行 E2PROMI2C 總線是一種用于 IC 器件之間連接的二線制總線。它通過 SDA（串行數(shù)據(jù)線）及SCL（串行時鐘線 )兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個器件：不管是單片機、存儲器、LCD 驅(qū)動器還是鍵盤接口。　　1．I2C 總線的基本結(jié)構(gòu)　采用 I2C 總線標準的單片機或 IC 器件，其內(nèi)部不僅有 I2C 接口電路，而且將內(nèi)部各單元電路按功能劃分為若干相對獨立的模塊，通過軟件尋址實現(xiàn)片選，減少了器件片選線的連接。CPU 不僅能通過指令將某個功能單元電路掛靠或摘離總線，還可對該單元的工作狀況進行檢測，從而實現(xiàn)對硬件系統(tǒng)的既簡單又靈活的擴展與控制。I2C 總線接口電路結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。圖 4 I2C 總線接口電路結(jié)構(gòu)　　2．雙向傳輸?shù)慕涌谔匦浴鹘y(tǒng)的單片機串行接口的發(fā)送和接收一般都各用一條線，如MCS51 系列的 TXD 和 RXD，而 I2C 總線則根據(jù)器件的功能通過軟件程序使其可工作于發(fā)送或接收方式。當某個器件向總線上發(fā)送信息時，它就是發(fā)送器(也叫主器件) ，而當其從總線上接收信息時，又成為接收器(也叫從器件) 。主器件用于啟動總線上傳送數(shù)據(jù)并產(chǎn)生時鐘以開放傳送的器件，此時任何被尋址的器件均被認為是從器件。I2C 總線的控制完全由掛接在總線上的主器件送出的地址和數(shù)據(jù)決定。在總線上，既沒有中心機，也沒有優(yōu)先機?！　】偩€上主和從(即發(fā)送和接收 )的關(guān)系不是一成不變的，而是取決于此時數(shù)據(jù)傳送的方向。SDA 和 SCL 均為雙向 I/O 線，通過上拉電阻接正電源。當總線空閑時，兩根線都是高電平。連接總線的器件的輸出級必須是集電極或漏極開路，以具有線“與”功能。I2C 總線的數(shù)據(jù)傳送速率在標準工作方式下為 100kbit/s，在快速方式下，最高傳送速率可達400kbit/s?！　?．I2C 總線上的時鐘信號　在 I2C 總線上傳送信息時的時鐘同步信號是由掛接在 SCL時鐘線上的所有器件的邏輯“與”完成的。SCL 線上由高電平到低電平的跳變將影響到這些器件，一旦某個器件的時鐘信號下跳為低電平，將使 SCL 線一直保持低電平，使 SCL 線上的所有器件開始低電平期。此時，低電平周期短的器件的時鐘由低至高的