项目10数字温采集系统的设计

1、会计学1项目项目10数字温采集系统的设计数字温采集系统的设计电子工业出版社项目10 数字温度采集系统的设计l 能了解A/D转换器的相关技术指标； l 能理解ADC0809的工作原理与应用方法； l 能掌握ADC0809与51单片机的接口方法；l 能掌握DS18B20的工作原理和应用方法；l 能掌握数字温度采集系统的硬件电路的分析与设计方法；l 能熟练编写数字温度采集系统的单片机控制程序。 学习目标 l 叙述A/D转换器的技术指标要求；l 叙述ADC0809的工作原理；l 叙述DS18B20的工作原理；l 设计单片机控制的数字温度采集系统的工作电路；l 编写数字温度采集系统的单片机控制程序。 工

2、作任务 任务10.1 数字电压表的设计任务10.2 数字温度采集系统的设计 项目拓展 串行A/D转换芯片PCF8591 在实验板上的应用项目小结思考与训练项目10 数字温度采集系统的设计10.1.1 A/D转换器的基本原理1A/D转换器的主要指标（1）分辨率：A/D转换器能分辨的最小模拟输入量。也就是指使输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。通常用能转换成的数字量的位数来表示，如8位、10位、12位、16位等。位数越高，分辨率越高。（2）转换时间：A/D转换器完成一次转换所需的时间。转换时间是编程时必须考虑的参数。（3）量程：A/D转换器所能转换的输入电压范围，如5V、10V等。

3、（4）精度：与数字输出量所对应的模拟输入量的实际值与理论值之间的差值。有绝对精度和相对精度两种表示方法。常用数字量的位数作为度量绝对精度的单位，如精度为1/2LSB，而用百分比来表示满量程时的相对误差，如0.05%。2A/D转换器的分类l按转换原理可分为逐次逼近（比较）式、双积分式、计数式和并行式A/D转换器；按其分辨率可分为816位的A/D转换器芯片。目前最常用的是逐次逼近式和双积分式。l逐次逼近式A/D转换器是一种速度较快、精度较高的转换器，其转换时间在几微秒到几百微秒之间。常用产品有ADC0801ADC0805型8位MOS型A/D转换器、ADC08080809型8位MOS型A/D转换器、

4、ADC08160817型8位MOS型A/D转换器、AD574型快速12位A/D转换器。l双积分式A/D转换器的优点是转换精度高，抗干扰性能好，价格便宜，但转换速度较慢。因此这种转换器主要用于速度要求不高的场合。常用产品有ICL7106ICL7107ICL7126、MC144335G14433、ICL7135等。3A/D转换器与单片机的接口方法lA/D转换器与单片机的接口主要考虑的是数字量输出线的连接、ADC启动方式、转换结束信号处理方法以及时钟的连接等。lA/D转换器数字量输出线与单片机的连接方法与其内部结构有关。对于内部带有三态锁存数据输出缓冲器的ADC（如ADC0809、AD574等），可

5、直接与单片机相连。对于内部不带锁存器ADC，一般通过锁存器或并行I/O接口与单片机相连。在某些情况下，为了增强控制功能，那些带有三态锁存数据输出缓冲器的ADC也常采用I/O接口连接。随着位数的不同，ADC与单片机的连接方法也不同。对于8位ADC，其数字输出线可与8位单片机数据线对应相接。对于8位以上的ADC，必须增加读取控制逻辑，把8位以上的数据分两次或多次读取。 lADC开始转换时，必须加一个启动转换信号，这一启动信号要由单片机提供。不同型号的ADC，对于启动转换信号的要求也不同，一般分为脉冲启动和电平启动两种。对于脉冲启动型ADC，只要给其启动控制端上加一个符合要求的脉冲信号即可，如ADC

6、0809、AD574等。通常用WR和地址译码器的输出经一定的逻辑电路进行控制。对于电平启动型ADC，当把符合要求的电平加到启动控制端上时，立即开始转换，在转换过程中，必须保持这一电平，否则会终止转换的进行。因此，在这种启动方式下，单片机的控制信号必须经过锁存器保持一段时间，一般采用触发器、锁存器或并行I/O接口等来实现。AD570、AD571等都属于电平启动型ADC。l当ADC转换结束时，ADC输出一个转换结束标志信号，通知单片机读取转换结果。单片机检查判断A/D转换结束的方法一般有中断和查询两种。对于中断方式，可将转换结束标志信号接到单片机的中断请求输入线上或允许中断的I/O接口的相应引脚，

7、作为中断请求信号；对于查询方式，可把转换结束标志信号经三态门送到单片机的某一位I/O口线上，作为查询状态信号。lA/D转换器的另一个重要连接信号是时钟，其频率是决定芯片转换速度的基准。整个A/D转换过程都是在时钟的作用下完成的。A/D转换时钟的提供方法有两种：一种是由芯片内部提供（如AD574），一般不需外加电路；另一种是由外部提供，有的用单独的振荡电路产生，更多的则是把单片机输出时钟经分频后，送到A/D转换器的相应时钟端。1ADC0809的性能ADC0809采用5V电源供电。转换时间：取决于芯片的工作时钟。ADC0809为外接时钟，转换一次的时间为64个时钟周期，当工作时钟为500KHz时，

8、转换时间为128s，最大允许值为800KHz。8位CMOS逐次逼近型的A/D转换器。三态锁定输出。分辨率：8位。总误差：1LSB。模拟输入电压范围：单极性05V。10.1.2 ADC0809芯片的介绍2ADC0809的内部结构逐次逼近式A/D转换器，由控制与时序电路、逐次逼近寄存器、树状开关以及256R电阻阶梯网络等组成。 用于存放和输出转换得到的数字量。l可实现8路模拟信号的分时采集，转换后的数字量的输出是三态的（总线型输出），可直接与单片机数据总线相连接。ADDC、ADDB、ADDA是三条通道的地址线。当地址锁存信号ALE为高电平时，ADDC、ADDB、ADDA三条线上的数据送入ADC08

9、09内部的地址锁存器中，经过译码器译码后选中某一通道。当ALE0时，地址锁存器处于锁存状态，模拟开关始终与刚才选中的输入通道接通。ADC0809是分时处理8路模拟量输入信号的。 u 注意：ADC0809通道的选择比较灵活，根据应用的需要，可以固定选择，也可以用CPU的端口动态选择，这样适合多路转换时应用。GND：为地。Vref、Vref：参考电压。3ADC0809的引脚4ADC0809与51单片机的接口 51单片机通过地址线P2.0和读、写控制线RD、WR来控制转换器的模拟输入通道地址锁存ALE、启动START和输出允许OE。 模拟输入通道地址的译码输入ADDAADDC由P0.0P0.2提供。

10、 根据P2.0和P0.0P0.2的连接方法，8模拟输入通道的地址依IN0IN7顺序为0 xFEF80 xFEFF。l 在进行A/D转换时，通道地址应先送到ADDAADDC输入端。然后在ALE输入端加一个正跳变脉冲，将通道地址锁存到ADC0809内部的地址锁存器中，这样对应的模拟电压输入就和内部变换电路接通。为了启动，必须在START端加一个负跳变信号。此后，变换工作就开始进行，标志ADC0809正在工作的状态信号EOC由高电平（空闲状态）变为低电平（工作状态）。一旦变换结束，EOC信号就又由低电平变成高电平，此时只要在OE端加一个高电平，即可打开数据线的三态缓冲器从D0D7数据线读得一次变换后

11、的数据。 注意：ADC0809的几根控制脚和其工作时序在应用时非常重要，一定要掌握，否则不能正确应用ADC0809来实现A/D转换。10.1.3 数字电压表的设计字量还原为模拟量显示在数码管上。由于0+5V的模拟电压值转换为8位数字量0000000011111111（0255），一个数字量单位的电压值是5V/255，将数字量还原为模拟量时只要将P3口读取的数值乘以5V/255就可以了。我们可以用T0的定时中断为ADC0809提供CLK信号。D7D6D5D4D3D2D1D0D0D1D2D3D4D5D6D7C2OESTSTC3EOCC1C3C2C1STEOCCLKOECLKXTAL218XTAL1

12、19ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1A

13、T89C51OUT121ADD B24ADD A25ADD C23VREF(+)12VREF(-)16IN31IN42IN53IN64IN75START6OUT58EOC7OE9CLOCK10OUT220OUT714OUT615OUT817OUT418OUT319IN228IN127IN026ALE22U3ADC0809SEVEN-MPX4-CC-BLUE89%RV11kC122pFC222pFC310uFX112MR110k234567891RP1注意：在运用ADC0809与51单片机配合完成A/D转换时要注意单片机对ADC0809的控制信号的控制过程。线上，可以挂很多这样的数字温度计，十分

14、方便。10.2.1 DS18B20的工作原理n64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接n多样封装形式，适应不同硬件系统1. DS18B20 引脚介绍两种封装形式:DS18B20的引脚定义:TO-92直插式八脚SO或SOP贴片式序号名称功能1GND电源地2DQ为数据（数字信号）输入输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源3VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时此引脚必须接地）光刻ROM的作用：使每一个DS18B20各不相同，这样可以实现一个总线上挂接多个DS18B20。8位检验CRC48位序列号8位工厂代码（10H）MSB LSB测得的温度值存储温

15、度报警值设置温度分辨率镜像DS18B20接收到温度转换命令后，启动温度转换，并将转换后的温度值以16位带符号二进制补码形式存储在高速缓存存储器的每1、2字节，单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后。 注：(1)温度以补码形式存放；(2)9位分辨率时，得到的十进制数乘以0.5；10位分辨率乘0.25;11位分辨率乘0.125DS18B20温度值格式注意：从DS18B20读取的数字信号转换成温度值是我们应用DS18B20的关键。DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与TH、TL做比较，若TTH或TTL，则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的告警搜索命令做出响应。DS1

16、8B20工作时，控制其工作的CPU（单片机）可以使用各种命令对DS18B20进行操作，操作过程为：初始化、发功能命令、发存储器操作命令。注：只有一个DS18B20时，不需读取ROM编码和匹配ROM编码，只要用跳过ROM（CCH）的指令就行了。指指 令令 约定代码约定代码 操操 作作 说说 明明 写暂存器写暂存器 4EH 将数据写入暂存器的将数据写入暂存器的TH、TL字节，可以在任何时刻发出复位字节，可以在任何时刻发出复位命令来中止写入。命令来中止写入。 读暂存器读暂存器 BEH 读取暂存器的内容。读取将从第一个字节开始，一直进行下去，读取暂存器的内容。读取将从第一个字节开始，一直进行下去，直到

17、第九（直到第九（CRC）字节读完。）字节读完。 复制暂存器复制暂存器48H 把暂存器的把暂存器的TH、TL字节写到字节写到EEPROM中。中。温度转换温度转换44H 启动启动DS18B20进行温度转换。进行温度转换。重新调出重新调出B8H 把报警触发器里的值拷贝回暂存器。这种拷贝操作在把报警触发器里的值拷贝回暂存器。这种拷贝操作在DS18B20上电时自动执行，这样器件一上电暂存器里马上就上电时自动执行，这样器件一上电暂存器里马上就存在有效的数据了存在有效的数据了。 读电源供电方式读电源供电方式 B4H 启动启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主发送电源供电方式的信号给主CPU 。初始化时

18、序图l 主机总线发送一复位脉冲（最短为480s的低电平信号），接着释放总线并进入接收状态。DS18B20在检测到总线的上升沿之后等待1560s，接着DS18B20发出存在脉冲（低电平持续60240s），主机接收到高电平后初始化成功。DS18B20有两种类型的写时序：写0时序和写1时序，如图。注：必须在读间隙开始的15s内读取数据位才可以保证通信的正确。l主机在将总线从高电平拉至低电平时，至少在1s后将总线拉高，表示读时间隙的起始，随后在总线被释放后的15s中DS18B20会发送内部数据位，这时控制如果发现总线为高电平表示读出“1”，如果总线为低电平则表示读出数据“0”，主机必须在45s内完成读

19、位，并在60120s内释放总线。注意：主机（单片机）对于DS18B20的操作都必须严格按照其初始化、读时间隙和写时间隙来完成，否则不能正常通信。在通信时是以8位“0”或“1”为一个字节，字节的读或写是从低位开始的，即D0到D7。 图中的DS18B20采用的是外部供电，将VDD脚接外部电源（+5V）。单总线上可以同时挂接其它的单总线器件。进行初始化之后，AT89C51将温度数据从P3.0口读入，每次顺序将8位组合成1字节，温度数据的高8位和低8位都读出后组合成16位的温度数据，按照12位分辨率，将数据乘以0.0625，就得到实际的温度值。将温度值四舍五入保留一位小数后，按位送到数码管显示。器件名

20、称数量（只）AT89C51122.1184MHz晶体122pF瓷片电容210uF电解电容110k电阻14.7k电阻11kX8排阻14位共阴极数码管1DS18B201XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51SEVEN-MPX4-CC-BLUEC122pFC222pFC310uFX122.1184MHzR110k234567891RP1R24.7k12.0DQ2VCC3GND1U2DS18B20开始初始化DS18B20跳过ROM（0 xCC）启动温度转换 （0 x44）读RAM（0 xBE）获取温度并转换结束 温度采集系统软件