《单片机数字温度计设计硬件电路部分》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机数字温度计设计硬件电路部分（10页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、 数字温度计（系统硬件电路的设计部分）摘 要：本设计完成了一种基于DS18B20的高精度的数字温度计。我们设计温度系统是由中央控制器AT89S51、DS18B20温度传感器、LED数码管组成。温度传感器DS18B20高精度的数字温度信号送给单片机AT89S51处理后，实现将温度数据送LED显示，实现了高精度的数字温度显示。关 键 词：温度计 数字控制 DS18B20 AT89S51一 引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
2、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。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，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机AT89S51，测温传感器使用DS18B20，用3位共阳极LED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。二 系统方案设计2.1 方案设计由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件将温度转换为电学量，便于电路处理。而具体的处理方案和电路较多，一般来说，有下面两种情况。方案一：利用热敏元件的感温效应，流过这类元件的电压或电流的随被测温度变化
3、而变化，将这种变化的电压或电流采集过来，通过一系列的电路处理后，再进行A/D转换，就可以用单片机进行数据的处理并送显示电路，就可以将被测温度显示出来。这种方案需要用到A/D转换电路，缺点是感温电路后的信号处理比较复杂和不易克服干扰，其优点是通过细致的电路处理后，能达到较高的精度。方案二：采用集成的温度传感器，在这类器件中，已经集成了热敏器件、信号调理电路、AD转换电路，输出的数据也是处理后的已经编码的数字量。因而其外部电路简单，但其内部电路固定，所以其精度有限。在单片机电路设计中，大多都是使用这类集成温度传感器，可以很容易直接读取被测温度对应的数据，进行适当的运算和处理，就可以满足设计要求。
4、从以上两种方案，很容易看出其优缺点，本设计中的设计指标不是很高，为了可靠和降低成本，系统采用方案二进行设计，选择使用一只温度传感器DS18B20作为系统的核心器件。同时，为了能够可靠的工作，能够使电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了AT89S52作为系统的控制芯片。2.3 系统功能和模块的描述2.3.1 系统功能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，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。2.3.2 模块描述、主控制器：负责温度参数的采集和显示的控制。、显示电路：对温度数字进行显示。、测温电路：其主要部件为温度传感
5、器，负责对外界进行温度感觉。主控电路测温电路显示电路图1 系统硬件电路框图三 电路设计3.1 主要电子元器件 数字温度传感器DS18B20DALLAS半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器,属于新一代适配微处理器的智能温度传感器,可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。它具有体积小，接口方便，传输距离远等特点。 、DS18B20性能特点 DS18B20的性能特点：采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9位二进制数，含符号位），测温范围为-55-+125,内含64位经过激光
6、修正的只读存储器ROM，适配各种单片机或系统机，用户可分别设定各路温度的上、下限，内含寄生电源。 、DS18B20内部结构 DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM,温度传感器,非挥发的温度报警触发器TH和TL,高速暂存器。64位光刻ROM是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列号。64位ROM结构图如图2所示。不同的器件地址序列号不同。DS18B20的管脚排列如图1所示。LSBMSB8位检验CRC 48位序列号 8位工厂代码（10H）图1 DS18B20引脚分布图图2 64位ROM结构图DS18B20高速暂存器共9个存储单元，如表所示： 序号寄存器名称作 用
7、序号寄存器名称作 用0温度低字节 以16位补码形式存放 4配置寄存器 1温度高字节 5、6、7保留 2TH/用户字节1 存放温度上限 8CRC 3HL/用户字节2 存放温度下限 以12位转化为例说明温度高低字节存放形式及计算：12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个高低两个8位的RAM中，二进制中的前面5位是符号位。如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625才能得到实际温度。 高8位SSSSS262524低8位232221202-12-22-32-4、DS18B20控制方法
8、 DS18B20有六条控制命令，如表所示： 指 令约定代码操 作 说 明温度转换 44H启动DS18B20进行温度转换 读暂存器 BEH读暂存器9个字节内容 写暂存器 4EH将数据写入暂存器的TH、TL字节 复制暂存器 48H把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中 重新调E2RAM B8H把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节 读电源供电方式 B4H启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU 、DS18B20的通信协议DS18B20器件要求采用严格的通信协议，以保证数据的完整性。该协议定义了几种信号类型：复位脉冲，应答脉冲时隙；写0，写1时隙；读0，读1时隙。与DS1
9、8B20的通信，是通过操作时隙完成单总线上的数据传输。发送所有的命令和数据时，都是字节的低位在前，高位在后。a)复位和应答脉冲时隙每个通信周期起始于微控制器发出的复位脉冲，其后紧跟DS18B20发出的应答脉冲，在写时隙期间，主机向DS18B20器件写入数据，而在读时隙期间，主机读入来自DS18B20的数据。在每一个时隙，总线只能传输一位数据。时序图见图3。b)写时隙当主机将单总线DQ从逻辑高拉到逻辑低时，即启动一个写时隙，所有的写时隙必须在60120us完成，且在每个循环之间至少需要1us的恢复时间。写0和写1时隙如图所示。在写0时隙期间，微控制器在整个时隙中将总线拉低；而写1时隙期间，微控制
10、器将总线拉低，然后在时隙起始后15us之释放总线。时序图见图4。c)读时隙DS18B20器件仅在主机发出读时隙时，才向主机传输数据。所以在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时隙，以便DS18B20能够传输数据。所有的读时隙至少需要60us，且在两次独立的读时隙之间，至少需要1us的恢复时间。每个读时隙都由主机发起，至少拉低总线1us。在主机发起读时隙之后，DS18B20器件才开始在总线上发送0或1，若DS18B20发送1，则保持总线为高电平。若发送为0，则拉低总线当发送0时，DS18B20在该时隙结束后，释放总线，由上拉电阻将总线拉回至高电平状态。DS18B20发出的数据，在起始时隙之后保持
11、有效时间为15us。因而主机在读时隙期间，必须释放总线。并且在时隙起始后的15us之内采样总线的状态。时序图见图4。图3 复位和应答脉冲时隙图4 读写时序3.1.2 数码管LED显示器综合知识 数码显示器有静态和动态显示两种显示方式。 LED显示器工作在静态显示方式时，其阴极点（或阳极）连接在一起接地（或+5V），每一个的段选线（a,b,c,d,e,f,g,p）分别与一个8位口相连。 LED显示 器工作在动态显示方式时，段选码端口I/O1用来输出显示字符的段选码，I/O2输出位选码。 I/O1不断送待显示字符的段选码，I/O2不断送出不同的位扫描码，并使每位显示字符显示一段时间，一般为15mS
12、。利用眼睛的礼视觉惯性，从显示器上便可以见到相当稳定的数字显示。引脚功能 如图5所示： 段选（a,b,c,d,e,f,g,p）：对应8个发光二极管，接I/O口，共阴（或共阳）时接地（或+5V），根据条件控制发光二极管的亮或灭。 位选（A,B,C,D）:共阴（或共阳）时接地（或+5V）分别用选中对应位的LED图5 四位数码管。 3.3 硬件模块关系图按照系统设计功能的要求，确定系统由3个模块组成：主控制器、测温电路和显示电路。数字温度计总体电路结构框图如图5所示。 图6 电路结构框图在硬件上，DS18B20与单片机的连接有两种方法，一种是Vcc接外部电源，GND接地，I/O与单片机的I/O线相连
13、；另一种是用寄生电源供电，此时UDD、GND接地，I/O接单片机I/O。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线要接5K左右的上拉电阻。四 程序设计41 程序分析系统程序主要包括主程序、读出温度子程序、温度转换子程序、计算温度子程序、显示数据刷新子程序等等。42 源程序略。（详细的源程序见刘玲的“数字温度计（程序设计）”）五 总结通过本次毕业设计，使得我对三年来学习过的知识比如：电路，数、模电子技术，单片机技术，电路板设计，传感器的使用等有了更进一步的认识。同时，也培养了我的动手能力以及抗压能力，也锻炼了我独立思考和独立完成任务的能力。在本次设计中，不但查阅了很多书本上的资料，也通过网络查阅
14、到了很多的知识和芯片的结构接线等方面的知识。特别是关于DS18B20的结构和功能都是从网络查找的。设计已经完全成功，LED的显示范围从0到100度，在一定的温度范围内，不考虑器件导致的误差的话，精度已经达到了0.1。由于设备的欠缺，最后的温度标定没能够实现，所以LED的显示结果有一定的误差，其显示温度比真实温度偏高了些许。在整个设计中，我负责了所有硬件的设计与调试。参考文献1 电子线路设计与实践.北京:电子工业出版社,20062朱永金、成友才.单片机应用技术(C语言).北京：中国劳动社会保障出版社，3阎石.数字电子技术基础（第三版）. 北京：高等教育出版社，1989毕业（设计）论文综合评定表指
15、导教师对毕业设计（论文）的评语：指导教师(签名) 年 月 日答辩小组对毕业设计（论文）的答辩评语：总评成绩：答辩小组负责人（签名） 年 月 日学生毕业设计答辩情况记载表论文题目： 班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 答辩时间： 记录人： 答辩小组成员姓 名专业技术职务或职称签 字答辩小组提出的主要问题及学生回答问题情况 1、DB18B20在这个设计中起什么作用？ 答辩小组组长签名：目 录一 引言1二 系统方案设计12.1 方案设计1方案选择22.3 系统功能和模块的描述22.3.1 系统功能22.3.2 模块描述2三 电路设计23.1 主要电子元器件23.1.1 数字温度传感器DS18B2023.1.2 数码管LED显示器53.3 硬件模块关系图6四 程序设计741 程序分析742 源程序7五 总结7参考文献7
单片机数字温度计设计硬件电路部分
