温度测控器课程设计-毕设论文.doc
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1、 吉 吉林工商学院 温度测控器课程设计 设计名称: 温度测控器班 级:电子信息10403班 2012年 12 月 14 日 一、温度测控器的原理及功能如图11所示此多点温度测量电路主要由以下几部分组成:两个温度传感器DS18B20择开关电路,控制器单片机AT89S52、扫描驱动电路、数码管LED显示器、报警及电源电路等。 LED显示器预设温度 实际温度单片机AT89S52扫描驱动DS18B20电 源温度控制电路 图11系统组成方框图温度传感器从测试点采集温度,然后把温度转换成电压(或电流),温度传感器输出电压的大小随温度的高低变化而变化,电压值的变化范围从几个微伏到几个毫伏,不同的温度传感器,
2、输出电压的范围也差别很大。单片机AT89S52是多点温度测量电路的控制核心,它将采集到的数字温度电压值,经过计算处理,得到相应的温度值,经扫描驱动送到LED显示器以数字形式显示测量的温度。LED显示器用于显示预设温度和实际测量温度的结果。 二、系统硬件电路的设计2.1 温度测量电路多点温度测量电路由主控器单片机AT89S52作为多点温度测量电路的核心,温度传感器DS18B20负责从测量点采集温度,七位共阳LED数码管以动态扫描法实现温度显示。2.1.1 DS18B20单线智能温度传感器的工作原理(1) DS18B20单线智能温度传感器的性能特点DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公
3、司最近推出的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,并且可根据实际要求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;无须外接部件;可通过数据供电,电压范围为3.05.5V;零待机功耗;温度以9或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坏,但不能正常工作.(2) DS18B20的内部结构框图如图21 所示,
4、它采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装其管脚封装如图22所示。(3) DS18B20单线智能温度传感器的工作原理64位ROM的位结构如图23 所示。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,最后8位是前面56位的CRC检验码,这也是多个 DS18B20可以采用一线进行通信的原因。非易失性温度报警触发器TH和TL,可通过软件写入户报警上下限。DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM。高速暂存RAM的结构为8字节的存储器,结构如图26 所示。CVDDI/O存储器与控制器高速缓存8位 CRC发生器配置寄存器低温触发器
5、TL高温触发器TH温度传感器64位ROM和单线接口 图21 DS18B20内部结构 图22 DS18B20的引脚排列头2个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。该字节各位的定义如图25所示。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出厂时该位被设置为0,用户不要改动,R1和R0决定温度转换的精度位数,即用来设置分辨率,方法见表24 。8位检验CRC48位序列
6、号8位工厂代码(10H)MSB LSB MSB LSB MSB LSB 图23 位64位ROM结构图由表33可见,DS18B20温度转换时间比较长,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的第6、7、8字节保留未用,表现为全逻辑1。第9字节读出前面所有8字节的CRC码,可用来检验数据,从而保证通信数据的正确性。 表24 DS18B20分辨率的定义规定R1R0分辨率/位温度最大转换时间/ms00993.750110187.510113751112750 温度LSB 温度MSBTH用户字节1TL用户字节2配置寄存器保留保留
7、保留CRC1字节TH用户字节12字节3字节4字节 TL用户字节25字节6字节7字节 EEPROM8字节9字节图2-5 配置寄存器 图26 高速暂存RAM结构图TMR1R011111 当DS18B20接收到温度转换命令后,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存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单总线接口读出该数据,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28 所示。当符号位S=0时,表示测得的温度值为正值,可以直接将二进制转换为十进制;当符号位S=1时,表示测得的温度值为负值,要先将补码变成原码,再计算十进制
8、值。表24 是一部分温度值对应的二进制温度数据。232221202-12-22-32-4SSSSSSSSLS字节MS字节 图27 温度数据值格式在64位ROM的最高有效字节中存储器循环冗余检验码(CRC)。主机根据ROM的前56位来计算CRC值,并和存入DS18B20的CRC值做比较,以判断主机收到的ROM数据是否正确。DS18B20的测温原理如图29所示.图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用它产生的信号作为减法计数器1的脉冲输入;高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显变化,所以产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。图中还隐含着计数门,当计数门打开时,DS18B20对低温度系数振荡
9、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决定,每次测量前,首先将55所对应的一个基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中,减法计数器1和温度寄存器被预置在55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的预置值将重新被装入,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2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。图29 中的斜率累加器用于温度补偿和修正测温过程中的非线形性,其输出用于修正减法计数
10、器的预置值,只要计数门仍未关闭就重复上述过程,直到温度寄存器值达到被测温度值。另外,由于DS18B20单线通信功能是分时完成的,它有严格的时隙概念,因此读写时很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为:初始化DS18B20(发复位脉冲) 发ROM功能命令 发存储器操作命令 处理数据。(4) DS18B20与单片机的接口电路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。另一种是寄生电源方式,如图210 所示。单片机端口接单总线,为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流,可用一个MOSFET管
11、来完成对总线的上拉。当DS18B20处于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,上拉开始时间最大为10s。采用寄生电源供电方式时VDD和GND端均接地。由于单线制只有一根线,因此发送接口必须是三态的。温度/二进制十六进制表示+1250000 0111 1101 0000 07D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00010191H+10.1250000 0000 1010 001000A2H+0.50000 0000 0000 10000008H00000 0000 0000 00000000H0.51111
12、 1111 1111 1000FFF8H10.1251111 1111 0101 1110FF5EH25.06251111 1110 0110 1111FE6FH551111 1100 1001 0000FC90H 表28 DS18B20温度与测得值对应表 图29 DS18B20测温原理图图210 DS18B20采用寄生电源的电路图2.2 驱动电路 74ls245引脚图与用法 74LS245是我们常用的芯片,用来驱动led或者其他的设备,用法很简单如上图,这里简单的给出一些资料,他是8路同相三态双向总线收发器,可双向传输数据。 74LS245还具有双向三态功能,既可以输出,也可以输入数据。 当
13、8051单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时,必须接入74LS245等总线驱动器。 当片选端/CE低电平有效时,DIR=“0”,信号由 B 向 A 传输;(接收)*DIR=“1”,信号由 A 向 B 传输;(发送)当/CE为高电平时,A、B均为高阻态。2.3 显示电路 LED 数码管显示原理 常用的LED显示器为8段(或7段)分别记作 a、b、c、d、e、f、g、dp 、其中 dp 为小数点,每一只发光二极管都有一根电极引到外部引脚上,而另外一只 引脚就连接在一起同样也引到外部引脚上,记作公共端(COM),如上图所示。 LED 数码管有两种,分为共阳极与共阴极.共阳极:当数码管里
14、面的发 光二极管的阳极接在一起作为公共引脚,在正常使用时此引脚接电源正极.当发光二 极管的阴极接低电平时, 发光二极管被点亮, 从而相应的数码段显示, 而输入高电平的段则不能点亮。相反,共阴极:当数码管里面的发光二极管的阴极接 在一起作为公共引脚,在正常使用时此引脚接电源负极.当发光二极管的阳极接高电平时,发光二极管被点亮,从而相应的数码段显示,而输入低电平的 段则不能点亮。 为了使LED显示器显示不同的符号或数字,要把某些段的发光二极管点亮,这样就要为LED显示器提供代码,因为这些代码可使LED相应的段发光,从而显示不同字型,因此该代码也成为段码(或称字型码)。 段码与字节中各位对应关系代码
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