3位半数字温度计Word文件下载.docx
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1、认真预习有关数字显示温度计设计、构成等方面的知识熟悉数字显示温度计的基本结构原理掌握相关芯片的性能参数及使用方法。
2、参考《高频电子电路》、《数字电子技术》、《模拟电子技术》、《集
成电路大全》、《传感器技术》等书。
设计方案及比较
(一)设计方案
1.方案一基于LM35和ICL7107的数字显示温度计数字温度计电路原理过程,如下所示:
温度米集■电压放大^=「AD转换^=数码管驱动温度显示通过温度传感器LM35采集到温度信号,经过整形电路送到A/D转换器,然后通过译码器驱动数码管显示温度。
温度传感器将感受到外界
的温度经传感器内部电路处理后输出一个与外界摄氏温度成线性比例的电压信号。
此信号差动输入到A/D转换器,A/D转换器的双积分器输出信号通过控制逻辑电路向数据锁存器发出一个锁存信号,锁
存器将计数器的数据锁存并经译码驱动电路驱动LED工作,显示感
应的温度数值。
ICL7107集A/D转换和译码器于一体,可以直接驱动数码管,省去了译码器的接线,使电路精简了不少,而且成本也不是很高。
ICL7107只需要很少的外部元件就可以精确测量0到200mv电压,LM35本身就可以将温度线性转换成电压输出。
综上所述,采用LM35采集信号,用ICL7107驱动数码管实现信号的显示。
集成温度传感器LM35灵敏度为l0mv/C,即温度为10C时,输出电压为100mv.常温下测温精度为+/-0.5C以内,消耗电流最大也只有70uA,自身发热对测旦精度也只在0.1C以内。
采用十4以上单电源供电时,测量温度范围为2--+/-150C;
而采用双电源供电时,测量温度范围为-55--+150°
C(金属壳封装)和-40--+110C(T092封装),无需进行调整。
首先把LM35故人冰水中,调整PRt,使显示器显示0.0C。
再把LM35放人100C的开水中,调整PR2,使显示器显示100C。
重复调整多次即可。
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如缶:
迈蒯电詔
采用LM35和ICL7107构成的数字温度计电路如图所示
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2.方案二基于单片机的数字显示温度计
单片机是一种特殊的计算机,它是在一块半导体的芯片上集成了CPU,
存储器,RAM,ROM及输入与输出接口电路,这种芯片称为:
单片机。
用单片机实现温度控制,传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器但热敏电阻的可靠性差,测量温度准确率低,而且必须经过专门的接
口电路转换成数字信号才能由单片机进行处理。
所以采用DS18B20温度传感器来实现基于STC单片机的数字温度计的设计。
DS18B20温度传感器来实现基于STC单片机的数字温度计的设计。
温度计采用美国
DALLAS#导体公司继DS1820之后推出的一种改进型智能温度传感器
DS18B20乍为检测元件,与传统的热敏电阻不同,DS18B20可直接将被测温度转换为串行数字信号,测温范围为55—125C,最高分辨可达0.0625C,温度传感器DS18B20采用三线制与单片机相连,减少了外部的硬件电路,具有低成本、易使用和精度等特点。
数字温度计由三个模块组成:
主控制器、测温电路和显示电路。
采用数字温度芯片DS18B20测量温度,输出信号全数字化。
便于单片机处理及控制,省去传统的测温方法的很多外围电路。
且该STC单片机的物理化学性很稳定,它能用做工业测温元件况此元件线形较好。
在0—100摄氏度时况最大线形偏差小于1摄氏度。
DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输况由数字温度计DS18B20和芯片构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,。
这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。
STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。
在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
具有以下标准功能:
8k字节Flash,512字节RAM32位I/O口线,看门狗定时器,内置4KBEEPRQMMAX81复位电路,2个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口。
另外STC89X52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
最高运作频率35MHz6T/12T可选。
(二)方案比较
方案一虽然思路清晰,原理简单易懂,但考虑到完成作品后的调试工作难度较大,不确定因素复杂,给顺利完成任务造成一定的障碍,而方案二则不存在该种情况,所以我组决定采取方案二。
系统设计总体思路
(一)数字温度计电路原理过程,如下所示:
系统原理框图及工作原理分析
(一)数字温度计电路原理框图及工作原理
1.数字温度计电路原理过程:
DS18B2(进行复位,写入和读取温度数据(在温度传感器DS18B2C内部完成,并实现对温度信息的采集);
读取温度流程如下:
复位-发CCH命令(跳过ROM-发44H命令—延时Is—复位—发CCH命令(跳过ROM-发BEH命令(读内部RAM中9字节内容)-连接从总线上读出2个字节的数据(温度数据的低8位和高8位)-结束
DS18B20的测温原理:
器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1;
高温
度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。
器件中还有一个计数门,当计数门打开时,DS18B2C就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。
计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将-50C所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中,计数器1和温度寄存器被预置在-50C所对应的一个基数值。
减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当减法
计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生
的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器计数到0时,停止温度寄存器的累加,此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。
其输出用于修正减法计数器的预置值,只要计数器门仍未关闭就重复上述过程,直到温度寄存器值大致被测温度值。
温度传感器DS18B2C所测得的温度数据低位存入29H,高位存入28H,将28H中的低4位移入29H中的高4位,获得一个新字节,这个字节就是实际测量的温度。
将测量的温度数据在两位数码管上显示出来(单片机把数据信息传给LED
数码管显示器,实现温度的数字化显示)。
2.工作原理:
由于DS18B2C单线通信功能是分时完成的,它有严格的时隙概念,因此读写时序很重要。
系统对DS18B20勺各种操作按协议进行。
操作协议为:
初使化DS18B20(发复位脉冲发ROM功能命令-发存储
器操作命令T处理数据。
系统电路设计及参数计算,主要元器件介绍及选择以及数据指标的测量
(1)温度传感器
DS18B2C数字温度计是DALLAS公司生产的1—Wire,即单总线器件,具有线路简单,体积小的特点。
因此用它来组成一个测温系统,具有线路简单,在一根通信线,可以挂很多这样的数字温度计,十分方便。
1、DS18B2C产品的特点
(1)只要求一个端口即可实现通信。
(2)在DS18B2C中的每个器件上都有独一无二的序列号。
(3)实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。
(4)测量温度范围在—55°
C到+125°
C之间。
(5)数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。
(6)内部有温度上、下限告警设置。
(7)多个DS18B2C可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能;
(8)无须外部器件;
(9)可通过数据线供电,电压范围为3.0~5.5V;
(10)零待机功耗;
(11)负电压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但
不能正常工作;
2、内部结构框图
3、DS18B2(的使用方法
由于DS18B2C采用的是1—Wire总线协议方式,即在一根数据线实现数据的双向传输,而对AT89S51单片机来说,硬件上并不支持单总线协议,因此,我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B2C芯片的访问。
由于DS18B2C是在一根I/O线上读写数据,因此,对读写的数据位有着严格的时序要求。
DS18B2C有严格
的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。
该协议定义了几
种信号的时序:
初始化时序、读时序、写时序。
所有时序都是将主机作为主设备,单总线器件作为从设备。
而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始,如果要求单总线器件回送数据,在进行写命令后,主机需启动读时序完成数据接收。
数据和命令的传输都是低位在先。
对于DS18B20勺读时序分为读0时序和读1时序两个过
程。
对于DS18B2C的读时隙是从主机把单总线拉低之后,在15秒之
内就得释放单总线,以让DS18B2C把数据传输到单总线上。
DS18B20在完成一个读时序过程,至少需要60us才能完成。
对于DS18B2C的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。
对于DS18B2C写0时序和写1时序的要求不同,当要写0时序时,单总线要被拉低至少60us,保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样10总线上的“0”电平,当要写1时序时,单总线被拉低之后,在15us之内就得释放单总线。
(2)单片机STC89C52
1、主要功能特性
(1)512字节数据存储空间;
⑵内带2K字节EEPRO存储空间;
(3)可直接使用串口下载;
(4)8K字节程序存储空间;
(5)256字节数据存储空间;
(6)没有内带EEPRO存储空间;
2、参数
(1)增强型8051单片机,6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择,指令代码完全兼容传统8051
(2)工作电压:
5.5V〜3.3V(5V单片机)/3.8V〜2.0V(3V单片机)⑶工作频率范围:
0〜40MHz相当于普通8051的0〜80MHz实
际工作频率可达48MHz
(4)用户应用程序空间为8K字节
(5)片上集成512字节RAM
(6)通用I/O口(32个),复位后为:
P0/P1/P2/P3是弱上拉,P0口是漏极开路输出,作为总线扩展用时,不用加上拉电阻,作为I/O口用时,需加上拉电阻。
(7)ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器,
无需专用仿真器,可通过串口(RxD/P3.0,TxD/P3.1)直接下载用户
程序,数秒即可完成一片
(8)具有EEPRO功能
(9)共3个16位定时器/计数器。
即定时器TO、T1、T2
(10)外部中断4路,下降沿中断或低电平触发电路,PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒
(11)通用异步串行口(UART,还可用定时器软件实现多个UART
(工作温度范围:
-40〜+85C(工业级)/0〜75C(商业级)
3、管脚介绍
VCC(40引脚):
电源电压
VSS(20引脚):
接地
P0端口(P0.0〜P0.7,39〜32引脚):
P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。
作为输出端口,每个引脚能驱动8个TTL负载,对端口P0写入“1”时,可以作为高阻抗输入。
在访问外部程序和数据存储器时,P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。
此时,
P0口内部上拉电阻有效。
在FlashROM编程时,P0端口接收指令字节;
而在校验程序时,则输出指令字节。
验证时,要求外接上拉电阻。
P1端口(P1.0〜P1.7,1〜8引脚):
P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P1的输出缓冲器可驱动(吸收或者输出电流方式)4个TTL输入。
对端口写入1时,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位,这是可用作输入口。
P1口作输入口使用时,因为有内部上拉电阻,那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。
P2端口(P2.0〜P2.7,21〜28引脚):
P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。
P2的输出缓冲器可以驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。
对端口写入1时,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,这时可用作输入口。
P2作为输入口使用时,因为有内部的上拉电阻,那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。
(三)QC1602A液晶显示屏
QC1602A字符型液晶显示模块是专门用于显示字母、数字、符
号等的点阵型液晶显示模块。
分4位和8位数据传输方式。
提供5X7点阵+光标的显示模式。
提供显示数据缓冲区符发生器CGRAM可以
使用CGRA来存储自己定义的最多8个5X8点阵的图形字符的字模数据。
提供了丰富的指令设置:
清显示;
光标回原点;
显示开/关;
光标开/关;
显示字符闪烁;
光标移位;
显示移位等。
提供内部上电自动复位电路,当外加电源电压超过+4.5V时,自动对模块进行初始化操作,将模块设置为默认的显示工作状态。
使用与储存温度有:
常
温(工作温度0〜+50C,储存温度-10〜+60C);
宽温(工作温度-20-
+70C,储存温度-30〜+80C)。
(四)11.0592MHz晶振
选用11.0592MHz能得到精确的通信波特率,串口通信的可靠性高.因为它能够准确地划分成时钟频率,与UART通用异步接收器/发送
器)量常见的波特率相关。
特别是较高的波特率,不管多么特殊的值,这些晶振都较准确。
电路原理图及仿真图
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DS1S820
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产品制作及调试
包括调整和测试两部分.
调整:
主要对电路参数的调整。
按照电路图检查相关元器件接入及连线是否正确,用万用表蜂鸣端检查焊接中是否存在虚焊或者不必要的短路和断路。
测试:
主要是对电路各项技术指标和功能进行测量和试验。
接通电源,旋转滑动变阻器旋钮,直着液晶显示屏显示内容清晰可见,最后检测性能的稳定性及数字温度计的测量范围及其相关参数。
AT89C52中的数字温度计的程序如下:
#include<
reg52.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitDQ=P2A7;
sbitrs=P2A4;
sbitrw=P2A3;
sbitlcde=P2A2;
〃lcd1602数据、命令选择端
〃lcd1602读、写选择线
〃lcd1602使能线
uchartp,tpx,num;
ucharcodetable1[]="
ILoveYou"
;
ucharcodetable2[]="
Cold"
ucharcodetable3[]="
Warm"
ucharcodetable4[]="
Hot"
/********************************************************************
*******************************
延时函数
******************************/
voiddelay(uintz)〃ms级延时函数
{|'
uintx,y;
for(x=z;
x>
0;
x__)
for(y=110;
y>
y--);
}
/*voiddelay1()//us级延时函数1
{;
;
}*/
voiddelay2(uinti)//us级延时函数2
{
while(i--);
/**************************v*****************************************
ds18b20初始化
*********************************************************************
ds18b20读一个字节
ucharread_ds18b20_byte()
{一一
uchari=0;
uchardat=0;
DQ=O;
//数据线拉低
dat=dat>
1;
//字节右移一位
DQ=1;
//数据线拉高匚二
if(DQ==1)//判断读回是否为1
dat=dat|0x80;
//最高位或上一个1,使得最高位变为
1
delay2⑷;
//延时6us
returndat;
//循环8次完成一个字节,并返回
数据
**********************************
ds18b20写一个字节
**********************************/
voidwrite_ds18b20_byte(uchardate){一一
//一个字节为8位,所以循环8次
for(i=0;
i<
8;
i++)
DQ=0;
DQ=date&
0x01;
delay2(5);
date=date>
//数据线拉低
//取出数据的最低位送到数据线
〃66us,大于60us
//数据线拉高
//字节右移一位,接着取第二位
***********************************
ds18b2
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- 半数 温度计