单片机数字温度计设计(硬件电路部分)

1、 数字温度计（数字温度计（系统硬件电路的设计部分系统硬件电路的设计部分）摘摘 要：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。关关 键键 词词：温度计 数字控制 DS18B20 AT89S51一一 引言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

2、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。二二 系统方案设计系统方案设计2.12.1 方案设计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

3、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

4、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。 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。2.32.3 系统功能和模块的系统功能和模块的描述描述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

5、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器，负责对外界进行温度感觉。三三 电路设计电路设计3.13.1 主要电子元器件主要电子元器件 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。 主控电路测温电路显示电路图 1 系统硬件电路框图、DS18B20 性能特点 DS18B20 的性

6、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

7、号不同。 DS18B20 的管脚排列如图 1 所示。图图 1 1 DS18B20DS18B20 引脚分布图引脚分布图图图 2 2 6464 位位 ROMROM 结构图结构图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 用序号寄存器名称作 用0温度低字节 4配置寄存器 1温度高字节 以 16 位补码形式存放 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

8、 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SSSSS262524LSBMSB8 位检验 CRC 48 位序列号 8 位工厂代码（10H）低 8 位232221202-12-22-32-4、DS18B20 控制方法 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 T

9、H、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 DS18B20 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

10、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

11、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有效时间为 15us。因而主机在读时隙期间，必须释放总线。并且

12、在时隙起始后的 15us 之内采样总线的状态。时序图见图 4。图图 3 复位和应答脉冲时隙复位和应答脉冲时隙图图 4 读写时序读写时序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 15

13、mS。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。 3.33.3 硬件模块关系图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。 图图 6 电路结构框图电路结构框图图图 5 四位数码管四位数码管在硬件上，DS18B20 与单片机的连接

14、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；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。四四 程序程序设计设计4 41 1 程序分析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。4 42 2 源程序源程序略。（详细的源程序见刘玲的“数字温度计（程序设计）”）五五 总结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

15、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。参考文献参考文献1 电子线路设计与实践.北京:电子工业出版社,2

16、0062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）论文综合评定表毕业（设计）论文综合评定表指导教师对毕业设计（论文）的评语：指导教师对毕业设计（论文）的评语：指导教师指导教师( (签名签名) ) 年年 月月 日日答辩小组对毕业设计（论文）的答辩评语：答辩小组对毕业设计（论文）的答辩评语：总评成绩：总评成绩：答辩小组负责人（签名）答辩小组负责人（签名） 年年 月月 日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： 姓姓 名名专业技术职务或职称专业技术职务或职称签签 字字答辩小组成员答辩小组提出的主要问题及学生回答问题情