一,、設(shè)計(jì)概況
本制作采用USB口作為供電端口,用DS18B20溫度傳感器進(jìn)行溫度信息采集,,用AT89C2051單片機(jī)進(jìn)行控制,,采用四位共陽(yáng)數(shù)碼管顯示,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量顯示(系統(tǒng)框圖如圖1所示),。本設(shè)計(jì)可培養(yǎng)學(xué)生對(duì)單片機(jī)學(xué)習(xí)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(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)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(hào)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(hào)采集裝置,。
圖4 DS18B20外形
(1)DS18B20工作原理
DS18B20的讀寫時(shí)序和測(cè)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(zhuǎn)換的延時(shí)時(shí)間由2s減為750ms。DS18B20測(cè)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(hào)送給計(jì)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(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸人。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55℃所對(duì)應(yīng)的—個(gè)基數(shù)值,。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù),,當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0日寸,溫度寄存器的值將加1,,計(jì)數(shù)器1將重新被裝人預(yù)置,,并重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。如此循環(huán),,直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到OH寸停止溫度寄存器值的累加,。此時(shí),溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度,。圖5中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性,,其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。
圖5 DS18B20測(cè)溫原理圖
?。?)DS18B20的主要特性
1)適應(yīng)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(diǎn)組網(wǎng)功能,,多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯—的三線上,實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫,。
4)不需要任何外圍元件,,全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在外形如一只三極管的電路內(nèi)。
5)測(cè)溫范圍-55℃~+125℃,,在-lO℃~+85℃時(shí)精度為±0.5℃,。
6)可編程的分辨率為9位~12位,,對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃,、0.125℃和0.0625℃,,可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。
7)在9位分辨率時(shí),,最多93.75ms便可把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字,,12位分辨率時(shí)最多750ms便可把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字。
8)直接輸出數(shù)字溫度信號(hào),,以一線總線串行傳送給CPU,,同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼,具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力,。
9)電源極性接反時(shí),,芯片不會(huì)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(cè)溫時(shí)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(gè)過程。
3,、AT89C2051單片機(jī)
采用AT89C2051單片機(jī)作為主控元件(參見圖2),。
4、數(shù)碼管顯示
采用四位共陽(yáng)數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示,,溫度顯示保留到小數(shù)點(diǎn)后一位,。編程時(shí),利用P3.2~P3.5作為數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示的位選端,,Pl.0~Pl.7作為數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示的段選位,。當(dāng)P3.2輸出高電平時(shí)選中“1”號(hào)數(shù)碼管,P3.3輸出高電平時(shí)選中“2”號(hào)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(dòng),。Pl.0~Pl.7外接8只電阻限流。
三,、參考程序
本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)C語(yǔ)言進(jìn)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(shè)計(jì)調(diào)試較為簡(jiǎn)單,,只要安裝、焊接正確,,程序編寫準(zhǔn)確完整,,一般較為容易實(shí)現(xiàn)功能。
調(diào)試好的實(shí)物如圖6所示,。
圖6 實(shí)物圖