傳感器應(yīng)用電路設(shè)計(jì).

1、word.傳感器應(yīng)用電路設(shè)計(jì)電子溫度計(jì)學(xué) 校：貴州航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院班 級(jí)：2022級(jí)應(yīng)用電子技術(shù)指導(dǎo)老師： 姓 名： 組 員： 摘要傳感器英文名稱(chēng)：transducer/sensor是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。本文將介紹一種基于單片機(jī)控制的數(shù)字溫度計(jì)。在件方面介紹單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì), 對(duì)硬件原理圖做簡(jiǎn)潔的描述。系統(tǒng)程序主要包括主程序、讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、計(jì)算溫度子程序、顯示數(shù)據(jù)刷新子程序。

2、軟硬件分別調(diào)試完成以后，將程序下載入單片機(jī)中，電路板接上電源，電源指示燈亮，按下開(kāi)關(guān)按鈕，數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度。由于采用了智能溫度傳感器DS18B20，所以本文所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比它的轉(zhuǎn)換速率極快，進(jìn)行讀、寫(xiě)操作非常簡(jiǎn)便。它具有數(shù)字化輸出，可測(cè)量遠(yuǎn)距離的點(diǎn)溫度。系統(tǒng)具有微型化、微功耗、測(cè)量精度高、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，加之DS18B20內(nèi)部的過(guò)失檢驗(yàn)，所以它的抗干擾能力強(qiáng)，性能可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。隨著科技的不斷開(kāi)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)各種信息參數(shù)的準(zhǔn)確度和精確度的要求都有了幾何級(jí)的增長(zhǎng)，而如何準(zhǔn)確而又迅速的獲得這些參數(shù)就需要受制于現(xiàn)代信息根底的開(kāi)展水平。在三大信息信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸

3、(通信技術(shù))和信息處理(計(jì)算機(jī)技術(shù))中，傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器技術(shù)，在我國(guó)各領(lǐng)域已經(jīng)引用的非常廣泛，可以說(shuō)是滲透到社會(huì)的每一個(gè)領(lǐng)域，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中需要實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開(kāi)溫度的測(cè)量，因此研究溫度的測(cè)量方法和裝置具有重要的意義。 測(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的開(kāi)展經(jīng)歷了三個(gè)開(kāi)展階段： 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器 模擬集成溫度傳感器 智能集成溫度傳感器。 目前的智能溫度傳感器(亦稱(chēng)數(shù)字溫度傳器)是在20世紀(jì)90年代中期問(wèn)世的，它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)(

4、ATE)的結(jié)晶，特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)。社會(huì)的開(kāi)展使人們對(duì)傳感器的要求也越來(lái)越高，現(xiàn)在的溫度傳感器正在基于單片機(jī)的根底上從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速開(kāi)展，并朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及平安性、開(kāi)發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速開(kāi)展，本文將介紹智能集成溫度傳感器DS18B20的結(jié)構(gòu)特征及控制方法，并對(duì)以此傳感器，89S51單片機(jī)為控制器構(gòu)成的數(shù)字溫度測(cè)量裝置的工作原理及程序設(shè)計(jì)作了詳細(xì)的介紹。與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，其具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)測(cè)溫要

5、求比擬準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用。該設(shè)計(jì)控制器使用ATMEL公司的AT89C52單片機(jī)，測(cè)溫傳感器使用DALLAS公司DS18B20，用液晶來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。目錄目錄- 4 -第一章 溫度傳感器- 5 -溫度傳感器的定義及類(lèi)型- 5 -1.2 DS18B20溫度傳感器使用中考前須知- 5 -第二章電路設(shè)計(jì)- 6 -總體設(shè)計(jì)- 6 -硬件電路原理圖- 7 -溫度測(cè)量系統(tǒng)硬件局部的介紹- 7 -2.4 DS18B20介紹- 8 -2.5 有關(guān)74HC595芯片- 9 -第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)- 11 -軟件程序- 11 -源程序設(shè)計(jì)- 12 -第四章總結(jié)- 18 -第一章 溫度傳感器溫度傳感器是利用物

6、質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律吧溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。它是溫度測(cè)量?jī)x器的核心局部，品種繁多。按測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式兩類(lèi)，按傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類(lèi)，按照溫度傳感器輸出信號(hào)的模式，可大致劃分為三大類(lèi)：數(shù)字式溫度傳感器、邏輯輸出型溫度傳感器、模擬溫度傳感器。接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器的檢測(cè)局部與被檢測(cè)對(duì)象有良好的接觸又稱(chēng)為溫度計(jì)。非接觸式溫度傳感器它的敏感元件與被測(cè)對(duì)象互不接觸，又稱(chēng)非接觸式測(cè)溫儀表，這種儀表可用來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體，小目標(biāo)和熱量小或溫度變化迅速對(duì)象的外表溫度，也可用于測(cè)量溫度場(chǎng)溫度分布。 DS18B20溫度傳感器使用中考前須知較小的硬件開(kāi)銷(xiāo)需要相

7、對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS18B20溫度傳感器與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí)，必須嚴(yán)格地保證讀寫(xiě)時(shí)序，否那么將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/MC等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)DS18B20操作局部最好采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。在DS18B20溫度傳感器的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以?huà)烊我舛鄠€(gè)BS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。連接DS18B20溫度傳感器的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。在采用DS18B20進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問(wèn)題。在DS18B20溫度傳感器測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS18B

8、20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回型號(hào)，一旦某個(gè)DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。第二章電路設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)調(diào)研分析溫度傳感器DS18B20作為檢測(cè)元件，其測(cè)溫范圍為-55128，分辨率最大可到達(dá)0.0625.DS18B20可以直接讀出被測(cè)溫度值，而且采用三線制引腳1接地、引腳2接電源、引腳3作為信號(hào)線與單片機(jī)相連，減少了外部硬件電路，具有低本錢(qián)和易使用的特點(diǎn)。  按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能要求，確定系統(tǒng)由三個(gè)模塊組成：主控制器、測(cè)量電路和顯示電路。數(shù)字溫度計(jì)總體電路結(jié)構(gòu)框圖如下列圖所示AT89C52主控制器DS1

9、8B20顯示電路時(shí)鐘電路當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的一二字節(jié)。單片機(jī)可以通過(guò)單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以/LSB形式表示，其中第二字節(jié)的高四位為符號(hào)位，當(dāng)符號(hào)位為0時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接進(jìn)行二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位為1時(shí)，表示測(cè)得的溫度為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，在計(jì)算其對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù) 。數(shù)字溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖如上圖所示，控制器使用單片機(jī)ST89C52RC，溫度傳感器使用DS18B20，用4位共陰LED數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)溫度顯示。&

10、#160;列驅(qū)動(dòng)用NOT，段碼信號(hào)由74HC595譯碼器驅(qū)動(dòng)，P2.1口輸出八位信號(hào)，須外接上拉電阻。  AT89C52功能及特性 AT89C52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使AT89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超

11、有效的解決方案。 AT89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。振蕩電路晶振是晶體振蕩器的簡(jiǎn)稱(chēng)，在電氣上它可以等效成

12、一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的上下分其中較低 的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶 振的兩端并聯(lián)上適宜的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反響電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄， 所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì)有很大的變化。晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱(chēng)的諧振頻率。

13、60;一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)反相放大器注意是放大器不是反相器的兩端接入晶振，再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請(qǐng)注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個(gè)不能忽略。 DS18B20介紹DS18B20引腳如下圖。TO-9封裝TO-9封裝符號(hào)說(shuō)明1GND接地2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。3VCC電源 DS18B20主要特性1適應(yīng)電壓范圍寬，電壓范圍：3.0-5.5V，在寄生電源方式下可以由數(shù)據(jù)線供電； 2獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊； 

14、;3DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)量。 4DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)； 5溫度范圍-55+128，在-10+85時(shí)精度為±； 6可編程的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為，可以實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫； 7在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快； 8測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線串行傳送給CPU，同時(shí)可以傳送CRC校驗(yàn)碼，具有

15、極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力； 9負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因?yàn)榘l(fā)熱而燒毀，但是不能正常工作。2.5 有關(guān)74HC595芯片 74HC595，是串入并出移位存放器，驅(qū)動(dòng)能力較大些。引腳序號(hào)符號(hào)說(shuō)明1、2、3、4、5、6、7、15Q0Q7并行數(shù)據(jù)輸出端8GND接地9Q7串行數(shù)據(jù)輸出引腳10MR移位存放器清零端11SH_CP數(shù)據(jù)輸入時(shí)鐘端12ST_CP數(shù)據(jù)輸出時(shí)鐘端13OE使能端低電平有效14DS數(shù)據(jù)輸入端16VCC電源+5V 74HC595的工作時(shí)序圖第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) DS18B20的程序設(shè)計(jì)軟件程序主要包括主函數(shù)、DS18B20復(fù)位函數(shù)、 DS18B290寫(xiě)字節(jié)函數(shù)、DS

16、18B20讀字節(jié)函數(shù)、溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)和顯示函數(shù)。3.1.2主函數(shù)主函數(shù)的主要功能是初始化并負(fù)責(zé)溫度的讀出、處理計(jì)算與顯示。溫度測(cè)量每?jī)擅脒M(jìn)行一次。#溫度顯示仿真 DS18B20 的程序設(shè)計(jì)#include"math.h"sbit DQ = P37;int t;unsigned char dat; /讀寫(xiě)數(shù)據(jù)變量unsigned char a=0;unsigned char b=0;float tep=0; /讀一個(gè)溫度時(shí)的溫度轉(zhuǎn)換中間間unsigned char data tempbuf4;/溫度字型顯示中間變量/*函數(shù)名稱(chēng)：delay(uint num)返回值：無(wú)參數(shù)：ui

17、nt num 顏色數(shù)據(jù)值作用：延時(shí)*/void delay1(unsigned int num) while(num-);/*函數(shù)名稱(chēng)：void Init_DS18B20(void)返回值：無(wú)參數(shù)：無(wú)作用：初始化18B20*/ void Init_DS18B20(void)char x=0;DQ=1;delay1(10);/稍作延時(shí)DQ=0;delay1(80);/延時(shí)>480us 540usDQ=1; /拉高總線 15-60usdelay1(20);x=DQ;/讀總線狀態(tài) 為0復(fù)位成功，為1那么不成功 delay1(30);DQ=1;/釋放總線/*函數(shù)名稱(chēng)：uchar ReadOneC

18、har(void)返回值：uchar dat參數(shù)： 無(wú)作用：讀1820一個(gè)字節(jié)*/unsigned char ReadOneChar(void)unsigned char i;unsigned char dat=0;for(i=0;i<8;i+)DQ=0;dat>>=1;DQ=1;/給脈沖if(DQ) dat|=0x80;/讀1 / 讀0右移處理 delay1(8);/15us內(nèi)讀完一個(gè)數(shù)return(dat);/*函數(shù)名稱(chēng)：void WriteOneChar(uchar dat)返回值：無(wú)參數(shù)： uchar dat作用：寫(xiě)1820一個(gè)字節(jié)*/*寫(xiě)DS18B20*/寫(xiě)0 60

19、us讀完，寫(xiě)1 30us 內(nèi)讀完void WriteOneChar(unsigned char dat)unsigned char i=0;for(i=0;i<8;i+)DQ=0; DQ=dat&0x01;/寫(xiě)所給數(shù)據(jù)最低位delay1(10); /DQ=1;/給脈沖dat>>=1; delay1(8);/*函數(shù)名稱(chēng)：int ReadOneTemperature(void)返回值：int t參數(shù)： 無(wú)作用：讀溫度值*/*讀取溫度值*/ 每次讀寫(xiě)均要先復(fù)位int ReadOneTemperature(void) Init_DS18B20();/初始化WriteOneCh

20、ar(0xcc); /發(fā)跳過(guò)ROM命令WriteOneChar(0x44); /發(fā)讀開(kāi)始轉(zhuǎn)換命令I(lǐng)nit_DS18B20(); WriteOneChar(0xcc); /發(fā)跳過(guò)ROM命令WriteOneChar(0xbe); /讀存放器，共九字節(jié)，前兩字節(jié)為轉(zhuǎn)換值a=ReadOneChar(); /a存低字節(jié)b=ReadOneChar(); /b存高字節(jié)t=b;t<<=8; /高字節(jié)轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制t=t|a;t=tep*10+0.5; /保存1位小數(shù)并四舍五入*后面除10復(fù)原正確溫度值return(t);/*函數(shù)名稱(chēng)：uint Temperaturepro(void)返回值：voi

21、d參數(shù)： void作用：溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示處理*/void Temperaturepro(void)int temp;temp=ReadOneTemperature();if(temp>=0)if(temp<1000)&&(temp>=100)tempbuf3=11;elsetempbuf3=temp/1000; /百位if(temp<100)&&(temp>=9)tempbuf3=11;tempbuf2=11;elsetempbuf2=temp/100%10;/十位 if(temp=0)tempbuf3=11;tempbuf2=11

22、;tempbuf1=temp%100/10; /個(gè)位tempbuf0=temp%10; /小數(shù) elsetemp=temp-1;tempbuf3=10; /負(fù)號(hào)tempbuf2=abs(temp)/100;/十位tempbuf1=abs(temp)/10%10; /個(gè)位tempbuf0=abs(temp)%10; /小數(shù) 2、主程序的設(shè)計(jì)#include<reg52.h>#include"ds18b20.h"/*引腳定義*/ 第一局部sbit Pin_shug1 = P10;sbit Pin_shug2 = P11;sbit Pin_shug3 = P12;sb

23、it Pin_shug4 = P13;/ 第二局部sbit Pin_shcp = P20;sbit Pin_ds = P21;sbit Pin_stcp = P22;sbit Pin_speaker = P27;/宏定義unsigned char LedBuffer4=0,0,0,0;#define ALL_OFF() P1=P1&0xF0 unsignedcharcode Ledcode=0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6,0x02,0x00;/*/函數(shù)名：void delay(unsigned char n)/返回值：

24、無(wú)/參數(shù) ：unsigned char n/作用 ：延時(shí)專(zhuān)給顯示局部*/void delay(unsigned char n)int i;while(n-) for(i=0;i<800;i+);/*/函數(shù)名：SendOneStye(unsigned char dat)/返回值：無(wú)/參數(shù) ：unsigned char dat/作用 ：送一字節(jié)的數(shù)給74HC595*/void SendOneStye(unsigned char dat)unsigned char i;Pin_stcp = 0;for(i=0;i<8;i+)dat=dat>>1;Pin_ds=CY;Pin_s

25、hcp = 0;Pin_shcp = 1; Pin_stcp = 1;/*/函數(shù)名：void Display()/返回值：無(wú)/參數(shù) ：無(wú)/作用 ：顯示*/void Display()Pin_shug1 = 1;SendOneStye(LedBuffer0);Pin_shug4 = 0;delay(1);ALL_OFF();/-第一位數(shù)碼管-Pin_shug2 = 1;SendOneStye(LedBuffer1);Pin_shug1 = 0;delay(1);ALL_OFF();/-第二位數(shù)碼管-Pin_shug3 = 1;SendOneStye(LedBuffer2);Pin_shug2 = 0;delay(1);ALL_OFF();/-第三位數(shù)碼管-Pin_shug4 = 1;SendOneStye(LedBuffer3);Pin_shug3 = 0;delay(1);ALL_OFF();/-第四位數(shù)碼管-/*/函數(shù)名：void main(void)/返回值：無(wú)/參數(shù) ：無(wú)/作用 ：主函數(shù)*