数字温度传感器
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数字温度传感器的设计
组员：
一、任务要求
二、方案设计
方案一
由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应， 在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片 机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需 要用到A/D转换电路，其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算，感温电路比 较麻烦。而且在对采集的信号进行放大时容易受到温度的影响出现较大的偏差。
5.3. 数码显示电路 在显示电路中使用四位一 体数码管显示，显示电路 如右图
5.4 .报警电路 报警电路中使用P1.2作为报警指示灯
端口，P3.7作为报警蜂鸣器端口，当它们 对应的端口为低电平时就会报警。
五、最终仿真电路图
六、设计心得
通过这次方案设计，使我们懂得了很多。是我们加深了对单片机的了 解，同时使自己的动手能力。
2. 测温模块
原理：DS18B20 测量温度采用了特有的温度测量技术。它是通过计数时钟周 期来实现的。低温度系数振荡器输出的时钟信号通过由高温度系数振荡器产生 的门周期而被计数。计数器被预置在与- 55 ℃相对应的一个基权值。如果计数 器在高温度系数振荡周期结束前计数到零,表示测量的温度值高于- 55℃,被预 置在- 55 ℃的温度寄存器的值就增加1℃,然后重复这个过程,直到高温度系数振 荡周期结为止这时温度寄存器中的值就是被测温度值,这个值以16 位形式存放 在便笺式存贮器中,此温度值可由主机通过发存贮器读命令而读出,读取时低位 在前,高位在后。斜率累加器用于补偿温度振荡器的抛物线特性。读出的二进 制数可以直接转换为十进制由单片机驱动数码管显示输出。
DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发 的温 度报警触发器TH和TL、配置寄存器。
DQ为数字信号输入/输出端； GND为电源地； VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）
DS18B20的管脚排列如下:
GND（接地端）
VDD（电源端）
DQ（信号端） DS18B20的封装形式
四、软件介绍
4.1 程序流程图
4.2 读出温度子程序
读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行 CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图所 示
4.3温度转换命令子程序
• 温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12位 分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s显示程 序延时法等待转换的完成。温度转换命令子程序流程图所示
1， 总体设计方案
根据任务要求本方案拟采用AT89C51单片机作为控制器，温度传感器 用DS18B20，系统分为三个模块，分别是主控器，测温电路和显示电 路。主控器采用AT89C51单片机实现，测温电路由DS18B20实现，显 示电路则由3位LED数码管显示。
总体设计框图
2，主控及测温电路的设计
主要特性：
（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线 供电
（2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可 实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
（3）测温范围- 55 ℃~+125℃，在- 10 ℃~+85℃时精度为±0.5℃
2.2 DS18B20的内部结构
3. 显示模块Baidu Nhomakorabea
本设计采用四位一体数码管显示温度值，下面将介绍数码管内部引 脚图。
4位一体数码管，其内部段已连接好，引脚如图所示（正面朝自己，小 数点在下方）。a、b、c、d、e、f、g、dP为段引脚，1、2、3、4分 别表示四个数码管的位。 。 。 。 。 。 。 1 a f 2 3 b 。 。 。 。 。 。 e d dp c g 4 即：12-9-8-6为公 共端，A-11 B-7 C-4 D-2 E-1 F-10 G-5 DP-3
方案二
进而考虑到用温度传感器，在单片机设计中，大多都是使用传感器，所以 比较容易实现，采用一只温度传感器DS18B20，此传感器采用一线-总线制， 可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，电路简单，精度高，软硬件都便 于实现，而且使用单片机的接口便于系统的在扩展，满足设计要求。
从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，费用较低，可靠 性高，软件设计也比较简单，故采用此方案。
4.4 计算温度子程序
计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算，并进行温度 值正负的判定，其程序流程图如图所示。
4.5 显示数据刷新子程序
显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作， 当最高显示位为0时将符号显示位移入下一位。程序流程图如图：
五、仿真设计
5.1. 主控制电路
三、 硬件介绍
1、主控模块
本设计使用用AT89C52单片机做主控器。单片机是在一块芯片上 集成了CPU、存储器、输入和输出设备、时钟电路及其他系统所需的 部件的微型计算机。它具有体积小、使用灵活方便、成本低、易于产 品化、抗干扰能力强、可在各种恶劣环境下工作的特点。且单片机编 程灵活，安装方便，既可以单独对多DS18B20控制工作，还可以与PC 机通信.运用主从分布式思想，由一台上位机（PC微型计算机），下位 机（单片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡 回检测系统,实现远程控制。 系统采用针对传统温度测温系统测温点少， 系统兼容性及扩展性较差的特点，运用分布式通讯的思想。设计一种 可以用于大规模多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用的是RS232串行通讯的标准，通过下位机（单片机）进行现场的温度采集，温 度数据既可以由下位机模块实时显示，也可以送回上位机进行数据处 理，具有巡检速度快，扩展性好，成本低的特点。
主控制电路由AT89C52及外围元件构成，测温电路由DS18B20、预置 数电路和报警电路组成。AT89C52是此硬件电路设计的核心，通过 AT89C52的管脚P3.7与DS18B20相连，控制温度的读出和显示。预置 数电路由两个按键和两个数码管组成，两个数码管分别与AT89C52的 P3.2和P3.6相连。报警电路很简单，只有一个发光二极管，与 AT89C52的P3.0管脚相连，若实际测量的温度值大于预置温度值，则 二极管亮，即为报警标志。具体电路原理图如下图所示
AT89C51中有一个用于 构成内部振荡器的高增益反 相 放大器，引脚XTAL1和 XTAL2分别是该放大器的输 入端与输出端。这个放大器 与作为反馈原件的片外石英 晶体或陶瓷谐振器一起构成 自激振荡器，而且EA需接高 电平以使CPU访问单片机内 部程序
5.2 . 温度检测电路 VCC接高电平，DQ端接单片机 的P3.4口，这里利用了P3.4口 双向I/O口作用，单片机从 DS18B20读取温度和报警温度， 此时作为输入口，当设置报警 温度时单片机向DS18B20内部 存储器写入数据，此时作为数 据输出端口。DQ与VCC之间 需要一个电阻值约5KΩ的上拉电阻。
AT89C52芯片
芯片介绍：AT89C52是一种低电压，高性能CMOS 8位微处理器， 它自带8K字节闪存可编程可擦除存储器，俗称单片机。单片机的可擦 除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失 存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令和输出管脚 相兼容。由于将多功能8位CPU和闪存存储器组合在单个芯片， ATMEL的AT89C52是一种高效微控制器。AT89C系列单片机为很多嵌 入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。它的部分引脚功能 介绍如下。
组员：
一、任务要求
二、方案设计
方案一
由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应， 在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片 机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需 要用到A/D转换电路，其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算，感温电路比 较麻烦。而且在对采集的信号进行放大时容易受到温度的影响出现较大的偏差。
5.3. 数码显示电路 在显示电路中使用四位一 体数码管显示，显示电路 如右图
5.4 .报警电路 报警电路中使用P1.2作为报警指示灯
端口，P3.7作为报警蜂鸣器端口，当它们 对应的端口为低电平时就会报警。
五、最终仿真电路图
六、设计心得
通过这次方案设计，使我们懂得了很多。是我们加深了对单片机的了 解，同时使自己的动手能力。
2. 测温模块
原理：DS18B20 测量温度采用了特有的温度测量技术。它是通过计数时钟周 期来实现的。低温度系数振荡器输出的时钟信号通过由高温度系数振荡器产生 的门周期而被计数。计数器被预置在与- 55 ℃相对应的一个基权值。如果计数 器在高温度系数振荡周期结束前计数到零,表示测量的温度值高于- 55℃,被预 置在- 55 ℃的温度寄存器的值就增加1℃,然后重复这个过程,直到高温度系数振 荡周期结为止这时温度寄存器中的值就是被测温度值,这个值以16 位形式存放 在便笺式存贮器中,此温度值可由主机通过发存贮器读命令而读出,读取时低位 在前,高位在后。斜率累加器用于补偿温度振荡器的抛物线特性。读出的二进 制数可以直接转换为十进制由单片机驱动数码管显示输出。
DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发 的温 度报警触发器TH和TL、配置寄存器。
DQ为数字信号输入/输出端； GND为电源地； VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）
DS18B20的管脚排列如下:
GND（接地端）
VDD（电源端）
DQ（信号端） DS18B20的封装形式
四、软件介绍
4.1 程序流程图
4.2 读出温度子程序
读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行 CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图所 示
4.3温度转换命令子程序
• 温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12位 分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s显示程 序延时法等待转换的完成。温度转换命令子程序流程图所示
1， 总体设计方案
根据任务要求本方案拟采用AT89C51单片机作为控制器，温度传感器 用DS18B20，系统分为三个模块，分别是主控器，测温电路和显示电 路。主控器采用AT89C51单片机实现，测温电路由DS18B20实现，显 示电路则由3位LED数码管显示。
总体设计框图
2，主控及测温电路的设计
主要特性：
（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线 供电
（2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可 实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
（3）测温范围- 55 ℃~+125℃，在- 10 ℃~+85℃时精度为±0.5℃
2.2 DS18B20的内部结构
3. 显示模块Baidu Nhomakorabea
本设计采用四位一体数码管显示温度值，下面将介绍数码管内部引 脚图。
4位一体数码管，其内部段已连接好，引脚如图所示（正面朝自己，小 数点在下方）。a、b、c、d、e、f、g、dP为段引脚，1、2、3、4分 别表示四个数码管的位。 。 。 。 。 。 。 1 a f 2 3 b 。 。 。 。 。 。 e d dp c g 4 即：12-9-8-6为公 共端，A-11 B-7 C-4 D-2 E-1 F-10 G-5 DP-3
方案二
进而考虑到用温度传感器，在单片机设计中，大多都是使用传感器，所以 比较容易实现，采用一只温度传感器DS18B20，此传感器采用一线-总线制， 可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，电路简单，精度高，软硬件都便 于实现，而且使用单片机的接口便于系统的在扩展，满足设计要求。
从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，费用较低，可靠 性高，软件设计也比较简单，故采用此方案。
4.4 计算温度子程序
计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算，并进行温度 值正负的判定，其程序流程图如图所示。
4.5 显示数据刷新子程序
显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作， 当最高显示位为0时将符号显示位移入下一位。程序流程图如图：
五、仿真设计
5.1. 主控制电路
三、 硬件介绍
1、主控模块
本设计使用用AT89C52单片机做主控器。单片机是在一块芯片上 集成了CPU、存储器、输入和输出设备、时钟电路及其他系统所需的 部件的微型计算机。它具有体积小、使用灵活方便、成本低、易于产 品化、抗干扰能力强、可在各种恶劣环境下工作的特点。且单片机编 程灵活，安装方便，既可以单独对多DS18B20控制工作，还可以与PC 机通信.运用主从分布式思想，由一台上位机（PC微型计算机），下位 机（单片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡 回检测系统,实现远程控制。 系统采用针对传统温度测温系统测温点少， 系统兼容性及扩展性较差的特点，运用分布式通讯的思想。设计一种 可以用于大规模多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用的是RS232串行通讯的标准，通过下位机（单片机）进行现场的温度采集，温 度数据既可以由下位机模块实时显示，也可以送回上位机进行数据处 理，具有巡检速度快，扩展性好，成本低的特点。
主控制电路由AT89C52及外围元件构成，测温电路由DS18B20、预置 数电路和报警电路组成。AT89C52是此硬件电路设计的核心，通过 AT89C52的管脚P3.7与DS18B20相连，控制温度的读出和显示。预置 数电路由两个按键和两个数码管组成，两个数码管分别与AT89C52的 P3.2和P3.6相连。报警电路很简单，只有一个发光二极管，与 AT89C52的P3.0管脚相连，若实际测量的温度值大于预置温度值，则 二极管亮，即为报警标志。具体电路原理图如下图所示
AT89C51中有一个用于 构成内部振荡器的高增益反 相 放大器，引脚XTAL1和 XTAL2分别是该放大器的输 入端与输出端。这个放大器 与作为反馈原件的片外石英 晶体或陶瓷谐振器一起构成 自激振荡器，而且EA需接高 电平以使CPU访问单片机内 部程序
5.2 . 温度检测电路 VCC接高电平，DQ端接单片机 的P3.4口，这里利用了P3.4口 双向I/O口作用，单片机从 DS18B20读取温度和报警温度， 此时作为输入口，当设置报警 温度时单片机向DS18B20内部 存储器写入数据，此时作为数 据输出端口。DQ与VCC之间 需要一个电阻值约5KΩ的上拉电阻。
AT89C52芯片
芯片介绍：AT89C52是一种低电压，高性能CMOS 8位微处理器， 它自带8K字节闪存可编程可擦除存储器，俗称单片机。单片机的可擦 除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失 存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令和输出管脚 相兼容。由于将多功能8位CPU和闪存存储器组合在单个芯片， ATMEL的AT89C52是一种高效微控制器。AT89C系列单片机为很多嵌 入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。它的部分引脚功能 介绍如下。