温度传感器设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,基于单片机的温度传感器设计,随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中温度传感器就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。,本设计所介绍的温度传感器与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，该设计控制器使用单片机STC89S52，测温传感器使用DS18B20，用LCD实现温度显示,能准确达到以上要求。,随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍一种基于单片机控制的温度传感器。,关键词：单片机，数字控制，温度传感器,温度传感器设计内容,传感器三个发展阶段,一是模拟集成温度传感器。该传感器是采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。此种传感器具有功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等特点，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，且外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。,二是模拟集成温度控制器。模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增强型集成温度控制器(例如TC652/653)中还包含了A/D转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别。,三是智能温度传感器。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，当然，其智能化程度也取决于软件的开发水平。,设计目的,通过基于,MCS-51,系列单片机,AT89C51,和,DS18B20,温度传感器检测温度，熟悉芯片的使用，温度传感器的功能，数码显示管的使用，汇编语言的设计；并且把我们这两年所学的数字和模拟电子技术、检测技术、单片机应用等知识，通过理论联系实际，从题目分析、电路设计调试、程序编制调试到传感器的选定等这一完整的实验过程，培养了学生正确的设计思想，使学生充分发挥主观能动性，去独立解决实际问题，以达到提升学生的综合能力、动手能力、文献资料查阅能力的作用，为毕业设计和以后工作打下一个良好的基础。,设计任务和要求,以,MCS-52,系列单片机为核心器件，组成一个温度传感器，采用数字温度传感器,DS18B20,为检测器件，进行单点温度检测，检测精度为,0.5,摄氏度。温度显示采用,LCD1602,显示，两位整数，一位小数。,设计思路与总体框图,采用,AT89S52,单片机作为控制核心对温度传感器,DS18B20,控制，读取温度信号并进行计算处理，并送到液晶显示器,LCD1602,显示。按照系统设计功能的要求，确定系统由,3,个模块组成：主控制器、测温电路和显示电路。,温度传感器原理图,图1 仿真电路图,PCB版图,温度传感器详细设计,管脚电路图,图2 AT89S52管脚封装,主要特性,与MCS-51兼容,4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年,全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定,128*8位内部RAM32可编程I/O线,两个16位定时器/计数器,5个中断源,可编程串行通道,低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路,管脚说明,P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。,P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。,P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号,。,P,P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。,P,P,3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）,P,P,3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号.,R,R,ST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。,A,A,LE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，,A,ALE,端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的,1/6,。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个,ALE,脉冲。如想禁止,ALE,的输出可在,SFR8EH,地址上置,0,。此时，,ALE,只有在执行,MOVX,，,MOVC,指令是,ALE,才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态,ALE,禁止，置位无效。,/PSEN,：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次,/PSEN,有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的,/PSEN,信号将不出现。,/EA/VPP,：当,/EA,保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（,0000H-FFFFH,），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式,1,时，,/EA,将内部锁定为,RESET,；当,/EA,端保持高电平时，此间内部程序存储器。在,FLASH,编程期间，此引脚也用于施加,12V,编程电源（,VPP,）。,XTAL1,：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。,XTAL2,：来自反向振荡器的输出。,温度传感器模块,图3 DS18B20相关资料,DS18B20原理与分析,DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，它能够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。可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。以下是DS18B20的特点：（1）独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。（2）在使用中不需要任何外围元件。（3）可用数据线供电，电压范围：+3.0+5.5 V。（4）测温范围：-55-+125。固有测温分辨率为0.5。（5）通过编程可实现9-12位的数字读数方式。（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。（7）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。（8）负压特性，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。,D,D,S18B20的测温原理是这这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器的脉冲输入。器件中还有一个计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将55所对应的一个基数分别置入减法计数器、温度寄存器中，计数器和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。,减法计数器对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器的预置值减到时，温度寄存器的值将加，减法计数器的预置将重新被装入，减法计数器重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。,温度,/,二进制表示,十六进制表示,+125,0000 0111 1101 0000,07D0H,+85,0000 0101 0101 0000,0550H,+25.0625,0000 0001 1001 0000,0191H,+10.125,0000 0000 1010 0001,00A2H,+0.5,0000 0000 0000 0010,0008H,0,0000 0000 0000 1000,0000H,-0.5,1111 1111 1111 0000,FFF8H,-10.125,1111 1111 0101 1110,FF5EH,-25.0625,1111 1110 0110 1111,FE6FH,-55,1111 1100 1001 0000,FC90H,图4一部分温度对应值表,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。,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，如图,4,所示单片机端口接单线总线，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。,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