数字式温度计的设计_课程设计(编辑修改稿)

数字式温度计的设计_课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 图 21 复位电路 目前为止， 单片机复位电路主要有四种类型： (1) 微分型复位电路； (2) 积分型复位电路； (3) 比较器型复位电路； (4) 看门狗型复位电路。 ：晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。 由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。 这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振 荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄， 所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化 ,震荡电路的电路图如图 22 所示 . 长 春 大 学 课程设计纸 第 6 页 共 22 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 图 22 晶振电路 晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。 一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般 IC 的引脚都有等效输入电容，这个不能忽 略。 温度采集部分硬件 温度传感器 DS18B20 DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司最新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 912 位的数字值读数方式。 DS18B20 的性能特点如下： ； DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能； ； ，电压范围为 ~； 机功耗； 9 或 12 位数字； ； （温度报警条件）的器件； 长 春 大 学 课程设计纸 第 7 页 共 22 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 DS18B20 采用 3 脚 PR－ 35 封装或 8 脚 SOIC 封装，其内部结构框图如图 23所示 ： 图 23 DS18B20 内部结构 64 位 ROM的结构开始 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。 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 EERAM。 高速暂存 RAM的结构为 8 字节的存储器。 头 2个字节包含测得的温度信息，第 3 和第 4 字节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 工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。 低5位一直为 1， TM 是工作模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式，DS18B20 出厂时该位被设置为 0，用户要去改动， R1和 R0 决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。 另外，由于 DS18B20 单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。 系统对 DS18B20 的各种操作按协议进行。 操作协议为：初使化 DS18B20（发复位脉冲）→发 ROM 功能命令→发存储器操作命令→处理数据。 C 64 位 ROM 和 单 线 接 口 高速缓存 存储器与控制逻辑 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 Vdd I/O 长 春 大 学 课程设计纸 第 8 页 共 22 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ DS18B20 温度传感器与单片机的接口电路 DS18B20 可以采用两种方式供电，一种是采 用电源供电方式，此时 DS18B20的 1脚接地， 2 脚作为信号线， 3脚接电源。 另一种是寄生电源供电方式，为保证在有效的 DS18B20 时钟周期内提供足够的电流，可用一个 MOSFET 管来完成对总线的上拉。 DS18B20 与单片机的接口电路 如图 24 D S 18 B 20 D S 18 B 20 D S 18 B 20 KGN D GN D GN DVC CVC C单 片机....图 24 DS18B20 与单片机的接口电路 当 DS18B20 处于写存储器操作和温度 A/D 转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为 10us。 采用寄生电源供电方式时 VDD 端接地。 由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。 由于 DS18B20 是在一根 I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。 DS18B20 有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。 该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。 所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。 而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数 据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。 数据和命令的传输都是低位在先。 DS18B20 的复位时序 长 春 大 学 课程设计纸 第 9 页 共 22 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 图 25 DS18B20 复位时序 DS18B20 的读时序 对于 DS18B20 的读时序分为读 0时序和读 1 时序两个过程。 对于 DS18B20 的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在 15 秒之内就得释放单总线，以让 DS18B20 把数据传输到单总线上。 DS18B20 在完成一个读时序过程，至少需要 60us 才能完成。 图 26 DS18B20 读时序 DS18B20 的写时序 对于 DS18B20 的写时序仍然分为写 0时序和写 1时序两个过程。 对于 DS18B20 写 0 时序和写 1 时序的要求不同，当要写 0 时序时，单总线要被拉低至少 60us，保证 DS18B20 能够在 15us 到 45us 之间能够正确地采样 IO总线 上的“ 0”电平，当要写 1 时序时，单总线被拉低之后，在 15us 之内就得释放单总线。 长 春 大 学 课程设计纸 第 10 页 共 22 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 图 27 DS18B20 写时序 显示部分电路设计 LED 数码管是一种常见的显示数字量的元器件，其有两种连接方式，即共阴极连接、共阳极连接。 此次数字温度计系统的显示部分采用的是共阳极 7 段 LED数码管，其主要原因是不用上拉电阻，从而节省了电的使用。 另外在焊 接的过程中比较简单，出现的误差几率较小。