隨著人們生活水平的不斷提高,單片機控制無疑是人們追求的目標之一,它所給人帶來的方便也是不可否定的,其中數字溫度計就是一個典型的例子,但人們對它的要求越來越高,要為現代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設施就需要從數單片機技術入手,一切向著數字化控制,智能化控制方向發展。
1 總體設計框圖
溫度計電路設計總體設計方框圖如圖1所示,控制器采用單片機AT89S52,溫度傳感器采用DS18B20,用4位LED數碼管以串口傳送數據實現溫度顯示。
1.1 系統硬件設計
硬件電路由四部分組成:溫度數據采集部分,即時溫度顯示驅動部分,溫度數據存儲部分和上位PC機數據處理部分。整個硬件設計原理圖如圖2所示。
圖2硬件原理方框圖
圖3 AT89S52單片機最小系統
AT89S52具有以下標準功能: 8k字節Flash,256字節RAM,32 位I/O 口線,看門狗定時器,2 個數據指針,三個16 位定時器/計數器,一個6向量2級中斷結構,全雙工串行口,片內晶振及時鐘電路。另外,AT89S52 可降至0Hz 靜態邏輯操作,支持2種軟件可選擇節電模式。空閑模式下,CPU停止工作,允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下,RAM內容被保存,振蕩器被凍結,單片機一切工作停止,直到下一個中斷或硬件復位為止。
2 溫度數據采集部分
DS18B20是智能型的數字溫度傳感器,以單總線方式通信。其數據線與單片機的P1.1相連接。當到達采樣時間時,由單片機發出讀溫度信號,通過單片 機AT89C51的P1.1口和DS18B20的I/O口相連,按照DS18B20的時序要求,發出相應的讀、寫命令。
2.1 主控制器
單片機AT89S52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的設計需要,很適合便攜手持式產品的設計使用系統可用二節電池供電。
2.2 顯示電路
顯示電路采用4位共陽LED數碼管,從P3口RXD,TXD串口輸出段碼。
2.3 溫度傳感器
圖4 DS 18B20 內部結構
DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器,與傳統的熱敏電阻等測溫元件相比,它能直接讀出被測溫度,并且可根據實際要求通過簡單的編程實現9~12位的數字值讀數方式。
3 DS18B20的測溫原理
圖5 DS18B20 的內部測溫電路圖
DS18B20的測溫原理如圖2所示,圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小,用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器1,高溫度系數晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變,所產生的信號作為減法計數器2的脈沖輸入,圖中還隱含著計數門,當計數門打開時,DS18B20就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖后進行計數,進而完成溫度測量。
4 DS18B20與單片機的典型接口設計
以MCS51單片機為例,圖3中采用寄生電源供電方式, P1?1口接單線總線為保證在有效的DS18B20時鐘周期內提供足夠的電流,可用一個MOSFET管和89C51的P1?0來完成對總線的上拉。
編輯點評:本設計所介紹的數字溫度計與傳統的溫度計相比,具有讀數方便,測溫范圍廣,測溫準確,其輸出溫度采用數字顯示,主要用于對測溫比較準確的場所,或科研實驗室使用,該設計控制器使用單片機AT89S52,測溫傳感器使用DS18B20,用3位共陽極LED數碼管以串口傳送數據,實現溫度顯示,能準確達到以上要求。
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