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DS18B20和AT89C2051的家用溫度測量器設計
摘要: 本制作采用USB口作為供電端口,用DS18B20溫度傳感器進行溫度信息采集,用AT89C2051單片機進行控制,采用四位共陽數碼管顯示,從而實現對溫度的測量顯示(系統框圖如圖1所示)。本設計可培養學生對單片機學習的興趣,提高其制作與編程能力。
Abstract:
Key words :

         一、設計概況

  本制作采用USB口作為供電端口,用DS18B20溫度傳感器進行溫度信息采集,用AT89C2051單片機進行控制,采用四位共陽數碼管顯示,從而實現對溫度的測量顯示(系統框圖如圖1所示)。本設計可培養學生對單片機學習的興趣,提高其制作與編程能力。

系統框圖

圖1 系統框圖

  二、電路原理

  采用PROteUS仿真軟件進行原理圖設計與程序仿真。電路如圖2所示。

電路圖

圖2 電路圖

  1、電源

  采用USB口供電,可將USB適配器接人電路板的USB口或直接接計算機USB口。這樣,既節省了資源,又能夠獲得較為理想的工作電壓。USB口的外形及電源口定義如圖3所示。

USB口的外形及電源口定義

圖3 USB口的外形及電源口定義

  2、溫度信號采集

  采用DS18B20(外形見圖4)智能型數字溫度傳感器作為溫度信號采集裝置。

DS18B20外形

圖4 DS18B20外形

  (1)DS18B20工作原理

  DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同,只是得到的溫度值的位數不同,且溫度轉換的延時時間由2s減為750ms。DS18B20測溫原理如圖5所示。其中,低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小,用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數器1。高溫度系數晶振的振蕩頻率隨溫度變化改變明顯,所產生的信號作為計數器2的脈沖輸人。計數器1和溫度寄存器被預置在-55℃所對應的—個基數值。計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數,當計數器1的預置值減到0日寸,溫度寄存器的值將加1,計數器1將重新被裝人預置,并重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數。如此循環,直到計數器2計數到OH寸停止溫度寄存器值的累加。此時,溫度寄存器中的數值即為所測溫度。圖5中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性,其輸出用于修正計數器1的預置值。

DS18B20測溫原理圖

圖5 DS18B20測溫原理圖

  (2)DS18B20的主要特性

  1)適應電壓范圍3.0V~5.5V,在寄生電源方式下可由數據線供電。

  2)DS18B20與微處理器之間僅需要—條口線即可雙向通訊。

  3)支持多點組網功能,多個DS18B20可以并聯在唯—的三線上,實現組網多點測溫。

  4)不需要任何外圍元件,全部傳感元件及轉換電路集成在外形如一只三極管的電路內。

  5)測溫范圍-55℃~+125℃,在-lO℃~+85℃時精度為±0.5℃。

  6)可編程的分辨率為9位~12位,對應的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃,可實現高精度測溫。

  7)在9位分辨率時,最多93.75ms便可把溫度轉換為數字,12位分辨率時最多750ms便可把溫度值轉換為數字。

  8)直接輸出數字溫度信號,以一線總線串行傳送給CPU,同時可傳送CRC校驗碼,具有極強的抗干擾糾錯能力。

  9)電源極性接反時,芯片不會因發熱而燒毀,但不能正常工作。

  DS18B20遵循單總線協議,每次測溫時必須有初始化、傳送ROM命令、傳送RAM命令、數據交換等4個過程。

  3、AT89C2051單片機

  采用AT89C2051單片機作為主控元件(參見圖2)。

  4、數碼管顯示

  采用四位共陽數碼管進行動態顯示,溫度顯示保留到小數點后一位。編程時,利用P3.2~P3.5作為數碼管動態顯示的位選端,Pl.0~Pl.7作為數碼管動態顯示的段選位。當P3.2輸出高電平時選中“1”號數碼管,P3.3輸出高電平時選中“2”號數碼管,以此類推。在電路中,P3.2~P3.5外接4只NPN三極管作為驅動。Pl.0~Pl.7外接8只電阻限流。

  三、參考程序

  本設計采用單片機C語言進行編程,限于篇幅,其參考程序此處不一一列出。

  四、制作與調試

  本設計調試較為簡單,只要安裝、焊接正確,程序編寫準確完整,一般較為容易實現功能。

  調試好的實物如圖6所示。

實物圖

圖6 實物圖
 

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