DSB数字温度计的设计方案.docVIP

单片机课程设计报告 设计课题：DS18B20数字温度计的设计 专业班级： 09 通信工程 小组成员：金双凤066谭晓平153朱传毅 指导教师： 田茂 设计时间： 2011-11-20——2011-12-25 DS18B20数字温度计的设计 功能要求 数字温度计测温范围在-55—+125℃，误差在0.5℃以内，采用四位一体七段数码显示管直接显示。 方案论证 在日常生活及工农业生产中，经常要用到温度的检测及控制，传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持。其缺点如下： ·硬件电路复杂； ·软件调试复杂； ·制作成本高。 本数字温度计设计采用温度传感器DS18B20作为检测元件，测温范围—55——125℃，最高分辨率可达0.0625℃。DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。 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。数字温度计总体结构框图如图1所示。 图1 数字温度计总体结构框图 三、系统硬件电路的设计 温度计电路的设计原理图如图2所示，控制器使用单片机AT89C2051，温度传感器使用DS18B20，用4位共阳七段数码显示管以动态扫描法实现温度显示。 图2 设计原理图 主控制器 单片机AT89C2051具有低电压供电和小体积等特点，两个端口刚好满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用。系统可用两节电池供电。 显示电路 显示电路采用4位共阳七段数码显示管，从P1口输出段码，列扫描用P3.0——P3.3口来实现，列驱动用9012三极管。 温度传感器工作原理 a.DS18B20的性能特点 DS18B20温度传感器是一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际需要通过简单的编程实现9——12位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下： ·独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信； ·多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能； ·不需要外部器件； ·可通过数据线供电，电压范围为3.0——5.5V； ·零待机功耗； ·温度以9——12位数字量读出； ·用户可定义的非易失性温度报警设置； ·报警有哪些信誉好的足球投注网站命令识别并标志超过程序限定温度的器件； ·负电压特性，电源电压接反时，温度计不会因发热而烧毁，只是不能正常工作。 b.DS18B20的内部结构 DS18B20采用3脚PR—35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图3所示。 图3 DS18B20内部结构框图 64位ROM的位结构如图4所示。开始8位是产品类型的编号；接着是每个器件的唯一的序号，共有48位；最后8位的前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用单线进行通信的原因。非易失性温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限数据。 图4 DS18B20的64位ROM的位结构 DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂缓RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPROM。 高速暂缓RAM的结构为9字节的存储器，其结构如图5所示。前2字节包含测得的温度信息。第3和第4字节是TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5字节为配置寄存器，其内容用于确定温度值的数字转换分辨率，DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。 图5 DS18B20高速暂缓RAM的结构图 该字节各位的定义如图6所示，其中，低5位一直为1；TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，在DS18B20出厂时，该位被设置成0，用户不要去改动；R1和R0决定温度转换的精度位数，即用来设置分辨率，其定义方法见下表。 图6 高速暂缓RAM各位字节的定义 由表可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。 高速暂存RAM是第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。第9字节是前面所以8字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。 当DS18B20接受到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式储存在高速暂缓RAM的第1、2字节中。 单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时，低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃/LSB形式表示。温度值格式如图7所示。 图7 DS18B20温度值格式 图中，S表示符号位。当S=0时，表示测得的温度值为正值，可以