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(shù)碼管顯示,，從而實現(xiàn)對溫度的測量顯示（系統(tǒng)框圖如圖1所示）。本設計可培養(yǎng)學生對單片機學習的興趣,，提高其制作與編程能力,。

圖1 系統(tǒng)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。

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(jié)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。

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(shù)字溫度傳感器作為溫度信號采集裝置。

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(shù)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(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小,，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率隨溫度變化改變明顯,，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸人,。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在－55℃所對應的—個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù),，當計數(shù)器1的預置值減到0日寸,，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1將重新被裝人預置,，并重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù),。如此循環(huán)，直到計數(shù)器2計數(shù)到OH寸停止溫度寄存器值的累加,。此時,，溫度寄存器中的數(shù)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(shù)器1的預置值,。

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(shù)據(jù)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(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯—的三線上,，實現(xiàn)組網(wǎng)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(nèi),。

　　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(xiàn)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(shù)字，12位分辨率時最多750ms便可把溫度值轉換為數(shù)字,。

　　8）直接輸出數(shù)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(fā)熱而燒毀,，但不能正常工作,。

　　DS18B20遵循單總線協(xié)議，每次測溫時必須有初始化,、傳送ROM命令,、傳送RAM命令、數(shù)據(jù)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(shù)碼管顯示

　　采用四位共陽數(shù)碼管進行動態(tài)顯示,，溫度顯示保留到小數(shù)點后一位。編程時,，利用P3.2～P3.5作為數(shù)碼管動態(tài)顯示的位選端,，Pl.0～Pl.7作為數(shù)碼管動態(tài)顯示的段選位。當P3.2輸出高電平時選中“1”號數(shù)碼管,，P3.3輸出高電平時選中“2”號數(shù)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(qū)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(diào)試

　　本設計調(diào)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(xiàn)功能。

　　調(diào)試好的實物如圖6所示,。

圖6 實物圖