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计算机系统与接口课程设计
设计名称: 温度控制器
姓 名:
班 级:
学 号:
指导教师:
2010 年 01 月 08 日
一、温度控制器的原理及功能
如图 1-1 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
及其选择开关电路,控制器单片机 AT89S52、扫描驱动电路、数码管 LED 显示器、报警电路、
1
报警温度控制电路及电源电路等。
图 1-1 多点温度计组成方框图
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,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 显示器用于显示测量温度的结果。报警温度控制电路用于在不同
应用中灵活设定报警温度,在超过设定范围时,报警电路进行报警。
二、系统硬件电路的设计
2.1 多点温度测量电路
多点温度测量电路如图 2-1 所示由主控器单片机 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,四位共阳 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;
2
DS18B20
DS18B20
LED 显示器
扫描驱动
报警电路
单片机
AT89S52
温度控制电路
电 源
可通过数据供电,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 2—4 所示,它采用 3 脚 PR—35 封装或 8 脚 SOIC 封
装其管脚封装如图 2-5 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 2—6 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 3—7 所示。
图 2-4 DS18B20 内部结构
3
64 位
ROM
和 单
线 接
口
高速
缓存
存储器与控制器
温度传感器
高温触发器 TH
低温触发器 TL
配置寄存器
8 位 CRC 发生器
I/O
V
DD
C
图 2-5 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 3-8 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 3—3 。
MSB LSB MSB LSB MSB LSB
图 2—6 位 64 位 ROM 结构图
由表 3—3 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 2—3 DS18B20 分辨率的定义规定
8 位检验 CRC 48 位序列号 8 位 工 厂 代 码
(10H)
4
1 字节
2 字节
3 字节
4 字节
5 字节
6 字节
7 字节 EEPROM
8 字节
9 字节
图 3—7 高速暂存 RAM 结构图
图 2-8 配置
寄存器
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 2—9 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,再计算十进制值。表 2—4 是一部
分温度值对应的二进制温度数据。
DS18B20 完成温度转换后,就把测得的温度值与 RAM 中的 TH、TL 字节内容做比较。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做出响应。
因此,可用多只 DS18B20 同时测量温度并进行报警搜索。
LS 字节
R
1
R0
分辨率/位 温度最大转换时间/ms
0 0 9 93.75
0 1 10 187.5
1 0 11 375
1 1 12 750
温度 LSB
温度 MSB
TH 用户字节 1
TL 用户字节 2
配置寄存器
保留
保留
保留
CRC
T
M
R
1
R
0
1 1 1 1 1
2
3
2
2
2
1
2
0
2
-
1
2
-
2
2
-
3
2
-
4
S S S S S S S S
5
TH 用户字节 1
TL 用户字节 2
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Jason_青山
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