数字温度计方案设计

数字温度计设计方案方案设计；设计规定LED数码管可以正常显示测试的温度。误差；±0.5℃。范围：-30℃～LED数码管直读显示，当温度为“负”,则显示负号。所用材料温度传感器DS18B20一种，AT89C52一种，四位共阳极数码管1个，电阻电容及导线若干。方案确定；

方案一：采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、反复性、可靠性较差，对于检测不不小于1摄氏度的信号是不合用的。

方案二：采用温度传感器DS18B20。DS18B20可以满足从-55摄氏度到+125摄氏度测量范围，且DS18B20测量精度高，增值量为0.5摄氏度，在一秒内把温度转化成数字，测得的温度值的存储在两个八位的RAM中，单片机直接从中读出数据转换成十进制就是温度，使用以便。

基于DS18b20的以上长处，我们决定选用DS18b20来测量温度。测量原理图如下；

工作原理:

运用单片机STC89C52单片机作为本系统的中控模块。单片机可把由DS18B20读来的数据运用软件来进行处理，从而把数据传播到LED数码管显示模块中，实现温度的显示。单片机模型图如下；温度测量传感器采用DALLAS企业DS18B20的单总线数字化温度传感器，测温范围为-55℃~125℃，精度；±0.5℃。可编程为9位~12位A/D转换精度，辨别率9~12Bbit测温辨别率到达0.0625℃，工作电源。3~5v;采用寄生电源工作方式，CPU只需一根口线便能与DS18B20通信，占用CPU口线少，可节省大量引线和逻辑电路DS18B20传感器模型图如下。LEDL温度传感器DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体企业推出的一种改善型智能温度传感器，与老式的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际规定通过简朴的编程实现９～１２位的数字值读数方式。2.3.1DS18B20的性能特点如下：●独特的单线接口仅需要一种端口引脚进行通信；●多种DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；●不必外部器件；●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或１２位数字；●顾客可定义报警设置；●报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；●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；2.3.2DS18B20详细引脚功能描述见下表。序号名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数据输入/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可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。2.3.3通信过程：（1）主机拉低单总线至少480us产生复位脉冲；（2）主机释放单总线，进入接受模式，释放时产生上升沿；（3）单总线器件检测到上升沿，延时15-60us；（4）单总线器件通过拉低总线60-240us来产生应答脉冲；（5）主机接受应答信号，对从机ROM进行命令和功能命令操作；所有读写时序至少60us，两个独立的时序间至少1us答复时间。2.3.4DS18B20的基本参数DS18B20的64位ROM的构造开始８位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最终８位是前面56位的CRC检查码，这也是多种DS18B20可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器ＴＨ和ＴＬ，可通过软件写入户报警上下限。DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一种高速暂存ＲＡＭ和一种非易失性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM的构造为８字节的存储器，构造如图3所示。头２个字节包括测得的温度信息，第３和第４字节ＴＨ和ＴＬ的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第５个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换辨别率。DS18B20工作时寄存器中的辨别率转换为对应精度的温度数值。该字节各位的定义如图3所示。低５位一直为１，ＴＭ是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为０，顾客要去改动，R1和Ｒ0决定温度转换的精度位数，来设置辨别率。温度LSB温度MSBTH顾客字节1TL顾客字节2配置寄存器保留保留保留CRC

图3DS18B20字节定义由表2可见，DS18B20温度转换的时间比较长，并且辨别率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将辨别率和转换时间权衡考虑。高速暂存ＲＡＭ的第６、７、８字节保留未用，体现为全逻辑１。第９字节读出前面所有８字节的CRC码，可用来检查数据，从而保证通信数据的对的性。当DS18B20接受到温度转换命令后，开始启动转换。转换完毕后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第１、２字节。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当符号位Ｓ＝０时，表达测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位Ｓ＝１时，表达测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表2是一部分温度值对应的二进制温度数据。表2DS18B20温度转换时间表DS18B20完毕温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TＬ字节内容作比较。若Ｔ＞TH或T＜TL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。因此，可用多只DS18B20同步测量温度并进行报警搜索。在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检查码（CRC）。主机ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比较，以判断主机收到的ROM数据与否对的。DS18B20的测温原理是这这样的,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变化，所产生的信号作为减法计数器２的脉冲输入。器件中尚有一种计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完毕温度测量。计数门的启动时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将－55℃所对应的一种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－55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反复上述过程，直到温度寄存器值大体被测温度值。表3一部分温度对应值表温度/℃二进制表达十六进制表达+125000001111101000007D0H+8500000101010100000550H+25.062500000001100100000191H+10.125000000001010000100A2H+0.500000000000000100008H000000000000010000000H-0.51111111111110000FFF8H-10.1251111111101011110FF5EH-25.06251111111001101111FE6FH-551111110010010000FC90H此外，由于DS18B20单线通信功能是分时完毕的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的多种操作按协议进行。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→处理数据。DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图4所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一种MOSFET管来完毕对总线的上拉。当DS18B20处在写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉启动时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。LED数码管。采用SM410564.四位数码管。2.2显示电路显示电路采用两只4位共阳极LED数码管和数码管的驱动芯片74LS245。二、硬件设计1、单片机最小系统最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。图为STC89C52单片机的最小系统。

工作原理:运用单片STC89C52单片机作为本系统的中控模块。单片机可把由74LS138读来的数据运用软件来进行处理，从而把数据传播到显示模块，实现中文胡显示。点阵LED电子显示屏显示屏为重要的显示模块，把单片机传来的数据显示出来。三、软件的设计及仿真１、仿真图2、流程图main: lcallreadtemp lcalltemptohex lcalldisplay ljmpmaintempto1: MOVLED1,#0BH tempto2: mova,temp_H anla,#00000111b movb,a mova,temp_L anla,#11110000b orla,b swapa movb,#100 divab jztempto3 movLED1,#1tempto3: mova,#10 xcha,b divab movLED2,a movLED3,b mova,temp_L anla,#0fh movdptr,#tab1 movca,@a+dptr movLED4,a retdisplay: mova,LED1 movdptr,#tab movca,@a+dptr movseg,a movcom,#7fh lcalldelay movcom,#0ffh ;movseg,#0ffh mova,LED2 ;movdptr,#tab movca,@a+dptr movseg,a movcom,#0bfh lcalldelay movcom,#0ffh ;movseg,#0ffh mova,LED3 ;movdptr,#tab movca,@a+dptr anla,#7fh movseg,a movcom,#0dfh lcalldelay movcom,#0ffh ;movseg,#0ffh mova,LED4 movdptr,#tab movca,@a+dptr movseg,a movcom,#0efh lcalldelay movcom,#0ffh ;movseg,#0ffh3、程序部分seg equ p0 com equ p1 DQ equ p2.0 R_COM EQU 50HLED1 equ 40h LED2 equ 41h LED3 equ 42h Led4 equ 43h count1 equ 44h count2 equ 45h temp_H equ 46htemp_L equ 47h org0000h ljmpstart org0030hstart: movLED2,#2 movLED3,#8 movLED4,5 movLED1,#11 movseg,#0fh movcom,#00hmain: lcallreadtemp lcalltemptohex lcalldisplay ljmpmaintemptohex: mova,temp_H anla,#11111000b jztempto1 movLED1,#0Ah mova,temp_L cpla adda,#01h movtemp_L,a mova,temp_H cpla addca,#00h movtemp_H,a ljmptempto2tempto1: MOVLED1,#0BH tempto2: mova,temp_H anla,#00000111b movb,a mova,temp_L anla,#11110000b orla,b swapa movb,#100 divab jztempto3 movLED1,#1tempto3: mova,#10 xcha,b divab movLED2,a movLED3,b mova,temp_L anla,#0fh movdptr,#tab1 movca,@a+dptr movLED4,a retreadtemp: lcallint mova,#0cch lcallwrite mova,#44h lcallwrite lcallint mova,#0cch lcallwrite mova,#0beh lcallwrite lcallread movtemp_L,a lcallread movtemp_H,a retint: clrDQ movcount1,#250l1: djnzcount1,l1 setbDQ movcount1,#30l2: djnzcount1,l2 clrc orlc,DQ jcint movr6,#80l3: orlc,DQ jcl4 djnzr6,l3 sjmpintl4: movcount1,#240l5: djnzcount1,l5 retwrite: movcount1,#8wr1: setbDQ movcount2,#8 rrca clrDQwr2: djnzcount2,wr2 movDQ,c movcount2,#20wr3: djnzcount2,wr3 djnzcount1,wr1 setbDQ retread: movcount1,#8re1: clrDQ movcount2,#4 nop setbDQre2: djnzcount2,re2 movc,DQ rrca movcount2,#30re3: djnzcount2,re3 djnzcount1,re1 setbDQ retdisplay: mova,LED1 movdptr,#tab movca,@a+dptr movseg,a movcom,#7fh lcalldelay movcom,#0ffh ;movseg,#0ffh mova,LED2 ;movdptr,#tab movca,@a+dptr movseg,a movcom,#0bfh lcalldelay movcom,#0ffh ;movseg,#0ffh mova,LED3 ;movdptr,#tab movca,@a+dptr anla,#7fh movseg,a movcom,#0dfh lcalldelay movcom,#0ffh ;movseg,#0ffh mova,LED4 movdptr,#tab movca,@a+dptr movseg,a movcom,#0efh lcalldelay