數(shù)字溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)探析范文

本站小編為你精心準(zhǔn)備了數(shù)字溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)探析參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫(xiě)作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：

在日常生活以及各行業(yè)的生產(chǎn)中，通常都不可缺少測(cè)量溫度以及控制溫度的相關(guān)技術(shù)。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，溫度控制是常用的一種方式。在日常生產(chǎn)中，溫度控制需要受到更高的重視，測(cè)量溫度的目的就是為了妥善調(diào)控溫度。現(xiàn)今的技術(shù)形勢(shì)下，單片機(jī)電路控制下的數(shù)字溫度計(jì)已經(jīng)誕生，并且逐漸受到了更多行業(yè)的認(rèn)可和接受。對(duì)于此，有必要探析單片機(jī)控制下的電路設(shè)計(jì)方式。結(jié)合溫度控制的真實(shí)情況，探究更完善的電路設(shè)計(jì)以及數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)。這樣做，可以直接讀取精確的溫度，單片機(jī)連接的方式也能夠減少整體的電路制作成本，便于日常的電路使用。

關(guān)鍵詞：

傳感器；溫度計(jì)；單片機(jī)STC89C52；溫度傳感器DS18B20

1概述

在具體設(shè)計(jì)新式數(shù)字電路的過(guò)程中，基于單片機(jī)的新式設(shè)計(jì)方式具備了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。這是由于，單片機(jī)控制方式的數(shù)字電路可以測(cè)量實(shí)時(shí)性的溫度，經(jīng)過(guò)測(cè)量然后顯示精確的溫度數(shù)值。同時(shí)，溫度傳感器配備了特定規(guī)格的芯片，能夠在溫控的全部過(guò)程中輸出數(shù)字形式。相比于傳統(tǒng)方式下的溫度控制，單片機(jī)的控制能夠節(jié)省額外的測(cè)溫電路。與此同時(shí)，溫度傳感器也具備了更穩(wěn)定的理化性能，可以用在工業(yè)測(cè)溫的具體過(guò)程中，元件具備優(yōu)良的線形。在0～100℃時(shí)，最大線形偏差小于1℃。基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的電路設(shè)計(jì)包括：控制器單片機(jī)STC89C52芯片，溫度傳感器DS18B20芯片和4位顯示溫度的LED數(shù)碼管。溫度傳感器DS18B20芯片進(jìn)行溫度檢測(cè)，然后把數(shù)據(jù)送入主控制器單片機(jī)STC89C52芯片進(jìn)行分析和溫度值的轉(zhuǎn)換，最后通過(guò)顯示電路顯示出溫度值。

2溫度傳感器DS18B20芯片的工作原理

DS18B20型號(hào)的溫度傳感器設(shè)有內(nèi)置的芯片，通過(guò)芯片就可以調(diào)控精確的時(shí)序，從而確保完整的溫度數(shù)據(jù)。從單線的角度來(lái)講，傳感器可以傳輸?shù)男盘?hào)具體包括了應(yīng)答脈沖以及復(fù)位脈沖這兩類(lèi)。在輸入時(shí)隙時(shí)，高電平的數(shù)據(jù)線就會(huì)經(jīng)過(guò)主機(jī)然后轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低的電平，寫(xiě)時(shí)隙因此就能夠產(chǎn)生。具體而言，對(duì)于時(shí)隙的書(shū)寫(xiě)方式包含了0和1的兩種。從高電平轉(zhuǎn)換成低電平這個(gè)過(guò)程中，通常需要設(shè)置60μs或更長(zhǎng)的時(shí)隙。在不同時(shí)隙之間，應(yīng)當(dāng)確保最短的恢復(fù)時(shí)間。在持續(xù)60μs以后，溫度傳感器就可以用來(lái)采樣。具體而言，1代表高電平，而0則代表低電平。對(duì)于讀時(shí)隙而言，這種時(shí)隙也源自高低兩種電平的彼此轉(zhuǎn)換。針對(duì)芯片的數(shù)據(jù)，具體在讀取的過(guò)程中也需要確保數(shù)值的精確性。對(duì)于數(shù)據(jù)線而言，需要確保1的低電平。經(jīng)過(guò)15μs之后，傳感器的芯片就可以輸出相應(yīng)的時(shí)隙數(shù)據(jù)。因此這個(gè)階段中，主機(jī)應(yīng)當(dāng)確保適當(dāng)?shù)囊_高度。對(duì)于讀寫(xiě)時(shí)隙而言，兩種類(lèi)型的時(shí)隙都需要持續(xù)特定的時(shí)間，通常為60μs。在單獨(dú)的時(shí)隙中間，還要留出必備的恢復(fù)時(shí)間。對(duì)于寫(xiě)時(shí)隙來(lái)講，需要在設(shè)置的時(shí)間范圍內(nèi)將主機(jī)的總線有效釋放，然后傳感器芯片才能給出精確的回應(yīng)。某些情況下，如果主機(jī)始終處在較低的電平，那么總線器件就需要輸出0的數(shù)值。

3溫度計(jì)電路的設(shè)計(jì)

3.1電源電路設(shè)計(jì)

數(shù)字溫度計(jì)電源電路如圖1所示，電源部分采用常見(jiàn)的變壓器加三端穩(wěn)壓芯片L7805組成。變壓器把交流220V變成交流12V左右，由于整個(gè)系統(tǒng)所用的電量不大，所以變壓器選擇5W的即可。為了兼容現(xiàn)有可用的直流電源，電源電路增加了1N4007，以防止直流電源的反接。經(jīng)過(guò)整流和三端穩(wěn)壓管之后，輸出為標(biāo)準(zhǔn)的DC5V電壓。因?yàn)長(zhǎng)7805輸出電流大約為1A左右，完全可以供給后續(xù)電路工作。

3.2溫度采集電路設(shè)計(jì)

基于智能化控制的數(shù)字溫度計(jì)的溫度采集電路如圖1所示，U3為單片機(jī)STC89C52芯片，它的P0口和P2口與數(shù)碼管的電路連接，以控制溫度的數(shù)字顯示。P3.7和溫度傳感器DS18B20芯片的引腳DQ連接，作為單一數(shù)據(jù)線。單片機(jī)的工作時(shí)鐘頻率為11.0592MHz，這決定了指令的運(yùn)行時(shí)間，在軟件設(shè)計(jì)中將根據(jù)此時(shí)間編寫(xiě)各種延時(shí)程序。U2為溫度傳感器DS18B20芯片，本設(shè)計(jì)中只使用了這一個(gè)單線器件，R3為單線的上拉電阻。溫度傳感器DS18B20芯片在出廠時(shí)默認(rèn)配置為12位存儲(chǔ)格式，其中最高位為符號(hào)位，即溫度值為11位，單片機(jī)在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，一次會(huì)讀取2個(gè)字節(jié)共16位，讀完后將低11位的2進(jìn)制轉(zhuǎn)化為10進(jìn)制后乘以0.0625便為實(shí)際所測(cè)的溫度值，另外還要判斷溫度的正負(fù)。在某些情況下，單個(gè)數(shù)據(jù)線銜接的某個(gè)器件可以竊取電源，這樣就形成了寄生電源。如果系統(tǒng)維持于較高的電平，那么電容器就能夠存儲(chǔ)足夠的能量。在這時(shí)，如果轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖剑敲措娫淳蜁?huì)由此斷開(kāi)，直到再次恢復(fù)高電平。相比于普通電源，寄生電源具備了自身的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檫@類(lèi)電源不必引入本地電源來(lái)提供幫助，自己就能夠檢測(cè)溫度。即便缺少正常電源，那么寄生電源也可以幫助讀取數(shù)值。在傳感器芯片的裝置上，為了測(cè)定精準(zhǔn)的溫度變化趨勢(shì)，那么線路需要確保自身具備了充足的電流。這是由于，如果傳感器表現(xiàn)出較高的芯片電流，那么DQ線就很難獲得必要的驅(qū)動(dòng)能力。在某個(gè)時(shí)刻，系統(tǒng)如果接入了較多總量的傳感器，那么同時(shí)變換傳感器引發(fā)的問(wèn)題就會(huì)變得更明顯。具體的解決途徑為：發(fā)生溫度變化的過(guò)程中，需要直接銜接DQ線與總電源。如果引入了寄生電源，則必須確保引腳能夠接地。此外，溫度傳感器還可以借助外側(cè)的引腳電源來(lái)提供電能，從而測(cè)定實(shí)時(shí)的溫度。如果這樣做，就可以在根本上杜絕強(qiáng)拉的問(wèn)題。即便外文變化，主機(jī)也不必維持較高電平的狀態(tài)。在溫度變化時(shí)，單線仍然能夠傳輸數(shù)據(jù)。在各條單獨(dú)的線路上，都可以安放總數(shù)較多的傳感器芯片。

3.3顯示電路設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)控制的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)采用4位數(shù)碼管來(lái)顯示實(shí)際測(cè)量溫度，顯示采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，其中P0口作為數(shù)碼管的段選信號(hào)，P2口作為數(shù)碼管的位選信號(hào)。數(shù)碼管采用共陽(yáng)極數(shù)碼管，因?yàn)閿?shù)碼管一個(gè)段碼要亮，約為10mA左右的供電電流，電流太小會(huì)影響數(shù)碼管的亮度。7段碼加上DP點(diǎn)全亮要80mA左右的電流，位選信號(hào)用PNP型三極管2N3906完全可以滿足電流的要求。R2為限流電阻，可以根據(jù)效果，調(diào)節(jié)亮度的大小。又因?yàn)椋瑔纹瑱C(jī)P0口最大只有26mA的灌電流，平均每一個(gè)IO口只有3.25mA的驅(qū)動(dòng)能力，7段碼加上DP點(diǎn)全亮要80mA左右的電流，所以不可以直接用單片機(jī)IO口來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。為此，系統(tǒng)增加了一個(gè)三態(tài)緩沖器SN54LS244作為數(shù)碼管段碼的驅(qū)動(dòng)芯片。另外又由于P0口是漏極開(kāi)路結(jié)構(gòu)，所以在三態(tài)緩沖器SN54LS244前端增加了10Ω左右的上拉電阻。

4小結(jié)

在基于單片機(jī)控制的數(shù)字溫度計(jì)的電路設(shè)計(jì)中，主要是以單片機(jī)STC89C52芯片為核心，對(duì)溫度的檢測(cè)與顯示進(jìn)行了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)與闡述。硬件設(shè)計(jì)中主要運(yùn)用了單片機(jī)STC89C52芯片和溫度傳感器DS18B20芯片。通過(guò)對(duì)硬件電路不斷的處理，使得硬件部分比較完善，如電源模塊中加入了L7805芯片，為后續(xù)電路提供了穩(wěn)定的5V電壓，另外，在顯示電路中加入了三態(tài)緩沖器SN54LS244，保證了數(shù)碼管的正常顯示。總之，基于單片機(jī)控制的數(shù)字溫度計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)達(dá)到了抗干擾，較高精度的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]王靜霞.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)（C語(yǔ)言版）.北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[2]郝建國(guó).單片機(jī)在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[3]劉文濤.單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)實(shí)例.北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[4]李光飛.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

[5]李光弟.單片機(jī)原理（修訂本）.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

[6]王福瑞.單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998.

作者:王林勝 單位:浙江省桐鄉(xiāng)市華勝電腦