數(shù)字溫度計電路設計探析范文

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摘要：

在日常生活以及各行業(yè)的生產(chǎn)中，通常都不可缺少測量溫度以及控制溫度的相關技術。在科學實驗中，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，測量溫度的目的就是為了妥善調(diào)控溫度。現(xiàn)今的技術形勢下，單片機電路控制下的數(shù)字溫度計已經(jīng)誕生，并且逐漸受到了更多行業(yè)的認可和接受。對于此，有必要探析單片機控制下的電路設計方式。結合溫度控制的真實情況，探究更完善的電路設計以及數(shù)字溫度計設計。這樣做，可以直接讀取精確的溫度，單片機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。

關鍵詞：

傳感器；溫度計；單片機STC89C52；溫度傳感器DS18B20

1概述

在具體設計新式數(shù)字電路的過程中，基于單片機的新式設計方式具備了獨特的優(yōu)勢。這是由于，單片機控制方式的數(shù)字電路可以測量實時性的溫度，經(jīng)過測量然后顯示精確的溫度數(shù)值。同時，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，單片機的控制能夠節(jié)省額外的測溫電路。與此同時，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)測溫的具體過程中，元件具備優(yōu)良的線形。在0～100℃時，最大線形偏差小于1℃。基于單片機的數(shù)字溫度計的電路設計包括：控制器單片機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芯片進行溫度檢測，然后把數(shù)據(jù)送入主控制器單片機STC89C52芯片進行分析和溫度值的轉(zhuǎn)換，最后通過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型號的溫度傳感器設有內(nèi)置的芯片，通過芯片就可以調(diào)控精確的時序，從而確保完整的溫度數(shù)據(jù)。從單線的角度來講，傳感器可以傳輸?shù)男盘柧唧w包括了應答脈沖以及復位脈沖這兩類。在輸入時隙時，高電平的數(shù)據(jù)線就會經(jīng)過主機然后轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低的電平，寫時隙因此就能夠產(chǎn)生。具體而言，對于時隙的書寫方式包含了0和1的兩種。從高電平轉(zhuǎn)換成低電平這個過程中，通常需要設置60μs或更長的時隙。在不同時隙之間，應當確保最短的恢復時間。在持續(xù)60μs以后，溫度傳感器就可以用來采樣。具體而言，1代表高電平，而0則代表低電平。對于讀時隙而言，這種時隙也源自高低兩種電平的彼此轉(zhuǎn)換。針對芯片的數(shù)據(jù)，具體在讀取的過程中也需要確保數(shù)值的精確性。對于數(shù)據(jù)線而言，需要確保1的低電平。經(jīng)過15μs之后，傳感器的芯片就可以輸出相應的時隙數(shù)據(jù)。因此這個階段中，主機應當確保適當?shù)囊_高度。對于讀寫時隙而言，兩種類型的時隙都需要持續(xù)特定的時間，通常為60μs。在單獨的時隙中間，還要留出必備的恢復時間。對于寫時隙來講，需要在設置的時間范圍內(nèi)將主機的總線有效釋放，然后傳感器芯片才能給出精確的回應。某些情況下，如果主機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溫度計電路的設計

3.1電源電路設計

數(shù)字溫度計電源電路如圖1所示，電源部分采用常見的變壓器加三端穩(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)過整流和三端穩(wěn)壓管之后，輸出為標準的DC5V電壓。因為L7805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溫度采集電路設計

基于智能化控制的數(shù)字溫度計的溫度采集電路如圖1所示，U3為單片機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。單片機的工作時鐘頻率為11.0592MHz，這決定了指令的運行時間，在軟件設計中將根據(jù)此時間編寫各種延時程序。U2為溫度傳感器DS18B20芯片，本設計中只使用了這一個單線器件，R3為單線的上拉電阻。溫度傳感器DS18B20芯片在出廠時默認配置為12位存儲格式，其中最高位為符號位，即溫度值為11位，單片機在讀取數(shù)據(jù)時，一次會讀取2個字節(jié)共16位，讀完后將低11位的2進制轉(zhuǎn)化為10進制后乘以0.0625便為實際所測的溫度值，另外還要判斷溫度的正負。在某些情況下，單個數(shù)據(jù)線銜接的某個器件可以竊取電源，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足夠的能量。在這時，如果轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖剑敲措娫淳蜁纱藬嚅_，直到再次恢復高電平。相比于普通電源，寄生電源具備了自身的優(yōu)勢，因為這類電源不必引入本地電源來提供幫助，自己就能夠檢測溫度。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，為了測定精準的溫度變化趨勢，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)動能力。在某個時刻，系統(tǒng)如果接入了較多總量的傳感器，那么同時變換傳感器引發(fā)的問題就會變得更明顯。具體的解決途徑為：發(fā)生溫度變化的過程中，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)的引腳電源來提供電能，從而測定實時的溫度。如果這樣做，就可以在根本上杜絕強拉的問題。即便外文變化，主機也不必維持較高電平的狀態(tài)。在溫度變化時，單線仍然能夠傳輸數(shù)據(jù)。在各條單獨的線路上，都可以安放總數(shù)較多的傳感器芯片。

3.3顯示電路設計

基于單片機控制的數(shù)字溫度計的設計采用4位數(shù)碼管來顯示實際測量溫度，顯示采用動態(tài)掃描顯示，其中P0口作為數(shù)碼管的段選信號，P2口作為數(shù)碼管的位選信號。數(shù)碼管采用共陽極數(shù)碼管，因為數(shù)碼管一個段碼要亮，約為10mA左右的供電電流，電流太小會影響數(shù)碼管的亮度。7段碼加上DP點全亮要80mA左右的電流，位選信號用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。又因為，單片機P0口最大只有26mA的灌電流，平均每一個IO口只有3.25mA的驅(qū)動能力，7段碼加上DP點全亮要80mA左右的電流，所以不可以直接用單片機IO口來驅(qū)動數(shù)碼管。為此，系統(tǒng)增加了一個三態(tài)緩沖器SN54LS244作為數(shù)碼管段碼的驅(qū)動芯片。另外又由于P0口是漏極開路結構，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

在基于單片機控制的數(shù)字溫度計的電路設計中，主要是以單片機STC89C52芯片為核心，對溫度的檢測與顯示進行了簡單的設計與闡述。硬件設計中主要運用了單片機STC89C52芯片和溫度傳感器DS18B20芯片。通過對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，基于單片機控制的數(shù)字溫度計硬件電路的設計達到了抗干擾，較高精度的目的。

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作者:王林勝 單位:浙江省桐鄉(xiāng)市華勝電腦