基于51單片機和ds18b20的數字溫度計設計-文庫吧

【正文】 以當前定義分辨率在0．1℃。為了方便用戶的使用，設定溫度采用整數計數，設定值的最小該變量為1℃，足夠滿足精度的需求。本系統由單片機控制，通信信號為數字信號具有很強的穩定性和抗干擾能力。2．2 系統的實現原理本系統是通過溫度測量元件與單片機通信，在單片機中計算出對應的溫度值進行控制。溫度測量元件能夠對溫度的變化產生對應的變化，例如：熱敏電阻能夠在溫度改變的時候電阻值會隨之改變，電阻值的大小與溫度值有一一對應的關系，所以通過測量電阻的大小就能夠得到當前的溫度值；溫度傳感器是一種集成度較高的溫度測量元件，它能夠根據當前溫度值產生出一串數字信號，不同的溫度值得到不同的數字信號，通過對該信號的譯碼能夠準確的獲取當前的溫度值。熱敏電阻工作時候將長期處于不動作狀態；當環境溫度和電流處于C區時，熱敏電阻的散熱功率與發熱功率接近，因而可能動作可能不動作。熱敏電阻在環境溫度相同時，動作時間隨著電流的增加而急速縮短；熱敏電阻在環境溫度相對較高時具有更短的動作時間和較小的維持電流及動作電流[2,37]。溫度傳感器和熱敏電阻工作原理相似，但是通過高度的集成化將測量元件輸出的模擬信號經過一系列的處理之后直接經過傳感器輸出轉換好的實際溫度。傳感器的輸出信號相對模擬信號也更加穩定和直接，更便于我們獲取溫度。 測量元件與溫度關系 熱敏電阻溫度曲線2．3 系統的實現方案分析按照測量元件的特性和顯示元件的不同我們先指定3種不同的方案。方案1：利用熱敏電阻，單片機，數碼管來完成基本電路的搭建。通過測量熱敏電阻兩端的電壓和電流，計算出熱敏電阻的電阻值。然后通過查找該電阻的溫度特性曲線，將熱敏電阻的電阻值以及對應的溫度值按照一定的方程或者直接通過數組的形式存儲到CPU的存儲區中。通過CPU帶入該電阻值進方程計算出當前溫度值，或者通過內部存儲器中的數組，對應表查找最接近的電阻值所對應的溫度值。通過這種方式來獲取溫度值，并且送入數碼管進行顯示輸出。 方案1系統框圖方案2：利用溫度傳感器，單片機以及LCD液晶顯示屏來搭建基礎電路。通過查閱對應溫度傳感器的初始化程序和溫度獲取程序，以及對應的數字信號值與真實值之間的比例系數。然后通過單片機與溫度傳感器之間進行通信，獲取溫度傳感器中的溫度信息，進行相應的數值處理，獲取對應的溫度值然后通過LCD液晶顯示屏將對應的溫度信息顯示出來。LCD液晶顯示屏的功能相對較為高級，不僅僅能夠顯示出溫度值，還能夠顯示出英文和漢字。通過屏幕的中文說明能夠直觀獲取各種溫度的信息，以及其他相關參數。方案3：同樣利用溫度傳感器，單片機作為主要元件，但是這里采用LED8位數碼管進行顯示而不是LCD液晶顯示屏。相對上面方案，測量的原理完全相同，不同的僅僅是顯示單元。 方案2和方案3系統框圖2．4 方案的分析比較方案比較：我們主要是從測量元件開始分析。分析測量元件的方面我們主要從兩個方面考慮——電路復雜性和準確度。測量部分：方案1：電路結構：利用熱敏電阻來測量溫度值需要測量熱敏電阻的電壓和電流從而計算出當前的電阻值，所以需要一定的外圍電路。不僅僅需要一個穩定的電源，還需要將電阻連接到一個小回路中實時測量兩端的電壓和電流，結構相對較為復雜，耗資也相對較高。準確度：由于電壓和電流都需要我們測量，但是儀器并不是準確的，所以這里電壓和電流都會存在一定的誤差。當二者一起計算出電阻的時候，這個計算的電阻值的誤差較大。所以通過該電阻測量值獲取的當前溫度值也不是很準確，這樣精確度相對較低。然后由于獲取電壓和電流都是模擬信號，而模擬信號的抗干擾能力不強導致該系統的抗干擾能力也非常有限。方案2和方案3：電路結構：利用溫度傳感器DS18B20作為測量元件，由于DS18B20的集成度很高導致該元器件需要的外圍電路相當簡單。并且DS18B20體積小，輸出方便也使得該方案更加節省空間資源，需要的元器件少更加經濟實惠。準確度：DS18B20是高封裝的傳感器件，能夠直接和單片機進行串口通信，獲取溫度值較為簡便。測溫范圍－55℃～+125℃，固有測溫分辨率0．5℃。通信信號為數字信號，抗干擾能力強。顯示部分：方案1和方案3：使用LED8位數碼管顯示，顯示溫度值清晰直觀方便，可見度高，易于分辨。并且LED數碼管有占用體積小，造價低等。方案2：使用LCD液晶屏顯示溫度，不僅僅能夠顯示溫度，還能夠顯示英文和漢字，能夠給使用者提供其他的信息。LCD的顯示也比較清晰，雖然能夠顯示多方面的信息以及圖案，但是相對造價很貴，體積也較LED大很多。結論：縱觀全局，我們這里選用方案3。方案3不僅僅能夠滿足系統的基本要求(主要是性能指標)，而且相對造價低。顯示系統不要求顯示中文，所以使用LED足夠了。而且LED顯示器在顯示方面比LCD更加清晰直觀便于分辨。3 系統的硬件設計3．1 元件選取顯示器件：LED8位數碼管，LED液晶屏12864由于本設計的需要，僅僅需要顯示溫度值，而且在顯示方面8為數碼管有著直觀清晰容易分辨的特性，并且綜合考慮8為數碼管價格便宜，體積小巧等優點，所以當前選取LED8為數碼管作為顯示器件。溫度測量單元：熱敏電阻，溫度傳感器溫度傳感器與傳統的測溫儀器熱敏電阻比較起來有著眾多優點，溫度傳感器讀取溫度方便，無需外圍電路，占用資源小，精度高速度快，方便與單片機通信，體積小，價格便宜等。而熱敏電阻相對較為遜色，所以本設計使用溫度傳感器(DS18B20)來進行仿真。核心51單片機：MCS51系列單片機是美國Intel公司在1980年推出的高性能8位微型計算機，較原來的MCS48系列結構更為先進，功能增強，它包括51和52兩個字系列[6]。Intel的8051單盤機系列是大家最為熟悉的8位單片機之一[1,2225,33]。51單片機是對目前所有兼容Intel 8031指令系統的單片機的統稱。該系列單片機的始祖是Intel的8031單片機，后來隨著Flash rom技術的發展，8031單片機取得了長足的進展，成為目前應用最廣泛的8位單片機之一，其代表型號是ATMEL公司的AT89系列，它廣泛應用于工業測控系統之中。目前很多公司都有51系列的兼容機型推出，在目前乃至今后很長的一段時間內將占有大量市場。51單片機是基礎入門的一個單片機，還是應用最廣泛的一種。需要注意的是52系列的單片機一般不具備自編程能力。目前常用的51產品系列有：*Intel的：80C380C587C51，80C380C587C52等；*ATMEL的：89C589C589C2051等；*Philips、華邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司的許多產品； 單片機引腳引腳信息：18 P1^0P1^7：P1口的8個引腳。可作為準雙向輸入/輸出接口。對于52系列，P1．0可以作為定時器/計數器2的計數脈沖輸入端T2，P1．1可以用作定時器/計數器2的外部控制段T2EX。9 RST：復位引腳1017 P3^0P3^7：P3的8個引腳。除作為準雙向I/O接口，還具有第二功能。P3．0 串行輸入P3．1 串行輸出P3．2 外部中斷0輸入端P3．3 外部中斷1輸入端P3．4 計時器/計數器T0脈沖輸入端P3．5 計時器/計數器T1脈沖輸入端P3．6 片外數據存儲器寫選通信號輸出端P3．7 片外數據存儲器讀選通信號輸出端18 XTAL1 片內反向放大器輸入端。19 XTAL2 片內反相放大器輸出端。20 GND：5V電壓接地端。2128 P2^0P2^7：P2口的8個引腳。一般可以作為準雙向IO接口；在接有片外存儲器或者擴展IO接口且尋址范圍超過256字節時，P2口可以用作8位地址總線。29 片外程序存儲器讀選通信號輸出端，或稱片外取指信號輸出端。在向片外程序存儲器讀取指令或者常數期間，每個機器周期該信號有2次有效低電平，以通過數據總線P0口讀回指令或常數。30 ALE 地址所存有效信號輸出端。在訪問片外程序存儲器期間，沒機器周期該信號出現2次，其下降沿用于控制鎖存P0口輸出的低8位地址。31 /VDD 片外存儲器選用端。該引腳有效(低電平)時只選用片外程序存儲器，否則計算機上電或復位后先選用片內程序存儲器。3239 P0^0P0^7：P0口的8個引腳。在不接片外存儲器與不擴展I/O接口時，可作為準雙向輸入/輸出接口。在接有片外存儲器或擴展I/O接口時，P0后分時復用為第八位地址總線和雙向數據總線。40 VCC：5V電源正端口。溫度傳感器DS18B20：隨著計算機的廣泛應用，通信技術和傳感技術飛躍發展[7]。DS18B20是美國DALLAS公司生產的單線數值溫度傳感器芯片，具有結構簡單、體積小、功耗小、抗干擾能力強、使用簡單等優點[8,15]。DS18B20數字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等[9,18,3035]。主要根據應用場合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測溫，高爐水循環測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農業大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合[2,1720]。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數字測溫和控制領域。技術性能描述：1．獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。2．測溫范圍－55℃～+125℃，固有測溫分辨率0．5℃。3．支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯在唯一的三線上，最多只能并聯8個，實現多點測溫，如果數量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸的不穩定。4．工作電源：3~5V/DC5．在使用中不需要任何外圍元件6．測量結果以9~12位數字量方式串行傳送7．不銹鋼保護管直徑Φ68．適用于DN15~25，DN40~DN250各種介質工業管道和狹小空間設備測溫9．標準安裝螺紋M10X1，M12X1．5，G1/2任選PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線，便于與其它電器設備連接。特點 獨特的一線接口，只需要一條口線通信 多點能力，簡化了分布式溫度傳感應用 無需外部元件可用數據總線供電，電壓范圍為3．0V至5．5V無需備用電源測量溫度范圍為55℃至+125℃。華氏相當于是67176。F到257華氏度10度至+85度范圍內精度為177。0．5℃。DS18B20溫度傳感器的北部喘粗氣包括一個告訴咱村的RAM和一個非易失性的可電擦除的E2PAM[9,1213]。溫度傳感器可編程的分辨率為9~12位 溫度轉換為12位數字格式最大值為750毫秒 用戶可定義的非易失性溫度報警設置應用范圍包括恒溫控制，工業系統，消費電子產品溫度計，或任何熱敏感系統。描述該DS18B20的數字溫度計提供9至12位（可編程設備溫度讀數）。信息被發送從DS18B20通過1線接口，所以CPU與DS18B20只有一個一條口線連接。為讀寫以及溫度轉換可以從數據線本身獲得能量，不需要外接電源。 因為每一個DS18B20的包含一個獨特的序號，多個DS18B20可以同時存在于一條總線。這使得溫度傳感器放置在許多不同的地方。它的用途很多，包括空調環境控制，感測建筑物內溫設備或機器，并進行過程監測和控制。 DS18B20其他部件：顯示部件：顯示部件選取的LED8位數碼管，簡單方便，顯示清晰直觀，體積小，價格便宜等眾多優點。驅動LED使用的是移位寄存器74HC164。74HC164：8位串入、并出移位寄存器。74HC1674HCT164 是高速硅門CMOS器件，與低功耗肖特基型TTL (LSTTL) 器件的引腳兼容。74HC1674HCT164 是 8 位邊沿觸發式移位寄存器，串行輸入數據，然后并行輸出。數據通過兩個輸入端（DSA 或 DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數據輸入。兩個輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。 時鐘(