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温度控制器

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温度传感器从测试点采集温度，然后把温度转换成电压（或电流），温度传感器输出电压的大小随温度的高低变化而变化，电压值的变化范围从几个微伏到几个毫伏，不同的温度传感器，输出电压的范围也差别很大。单片机AT89S52是多点温度测量电路的控制核心，它将采集到的数字温度电压值，经过计算处理，得到相应的温度值，经扫描驱动送到LED显示器以数字形式显示测量的温度。LED显示器用于显示测量温度的结果

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计算机系统与接口课程设计

设计名称: 温度控制器

姓名：

班级：

学号：

指导教师：

2010 年 01 月 08 日

一、温度控制器的原理及功能

如图 1－1 所示此多点温度测量电路主要由以下几部分组成：两个温度传感器 DS18B20

及其选择开关电路，控制器单片机 AT89S52、扫描驱动电路、数码管 LED 显示器、报警电路、

报警温度控制电路及电源电路等。

图 1－1 多点温度计组成方框图

温度传感器从测试点采集温度，然后把温度转换成电压（或电流），温度传感器输出电压

的大小随温度的高低变化而变化，电压值的变化范围从几个微伏到几个毫伏，不同的温度传感

器，输出电压的范围也差别很大。单片机 AT89S52 是多点温度测量电路的控制核心，它将采

集到的数字温度电压值，经过计算处理，得到相应的温度值，经扫描驱动送到 LED 显示器以数

字形式显示测量的温度。LED 显示器用于显示测量温度的结果。报警温度控制电路用于在不同

应用中灵活设定报警温度，在超过设定范围时，报警电路进行报警。

二、系统硬件电路的设计

2.1 多点温度测量电路

多点温度测量电路如图 2－1 所示由主控器单片机 AT89S52 作为多点温度测量电路的核心，

温度传感器 DS18B20 负责从测量点采集温度，四位共阳 LED 数码管以动态扫描法实现温度显

示。

2.1.1 DS18B20单线智能温度传感器的工作原理

(1) DS18B20 单线智能温度传感器的性能特点

DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司最近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 9-12 位的数字值读数方式。

DS18B20 的性能特点如下：

独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；

多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能；

无须外接部件；

DS18B20

LED 显示器

扫描驱动

报警电路

单片机

AT89S52

温度控制电路

电源

可通过数据供电，电压范围为 3.0—5.5V；

零待机功耗；

温度以 9 或 12 位数字量读出；

用户可定义的非易失性温度报警设置；

报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；

负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧坏，但不能正常工作.

(2) DS18B20 的内部结构框图如图 2—4 所示，它采用 3 脚 PR—35 封装或 8 脚 SOIC 封

装其管脚封装如图 2－5 所示。

(3) DS18B20 单线智能温度传感器的工作原理

64 位 ROM 的位结构如图 2—6 所示。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。非易失性温度报警触发器 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 EEPRAM。高速暂存 RAM 的结构为 8 字节的存储器，结构如图 3—7 所示。

图 2－4 DS18B20 内部结构

64 位

ROM

和单

线接

口

高速

缓存

存储器与控制器

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

I/O

图 2－5 DS18B20 的引脚排列

头 2 个字节包含测得的温度信息，第 3 和第 4 字节是 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 工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。该字节各位的定义如

图 3－8 所示。低 5 位一直为 1，TM 是测试模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测

试模式。在 DS18B20!出厂时该位被设置为 0，用户不要改动，R1 和 R0 决定温度转换的精度

位数，即用来设置分辨率，方法见表 3—3 。

MSB LSB MSB LSB MSB LSB

图 2—6 位 64 位 ROM 结构图

由表 3—3 可见,DS18B20 温度转换时间比较长，而且设定的分辨率越高，所需要的温度

数据转换时间就越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。

高速暂存 RAM 的第 6、7、8 字节保留未用，表现为全逻辑 1。第 9 字节读出前面所有 8

字节的 CRC 码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。

表 2—3 DS18B20 分辨率的定义规定

8 位检验 CRC 48 位序列号 8 位工厂代码

（10H）

1 字节

2 字节

3 字节

4 字节

5 字节

6 字节

7 字节 EEPROM

8 字节

9 字节

图 3—7 高速暂存 RAM 结构图

图 2-8 配置

寄存器

当 DS18B20 接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以 16 位带

符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第 1、2 字节。单片机可以通过单总线接

口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以 0.0625℃/LSB 形式表示。温度值

格式如图 2—9 所示。

当符号位 S=0 时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制转换为十进制；当符号位

S=1 时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制值。表 2—4 是一部

分温度值对应的二进制温度数据。

DS18B20 完成温度转换后，就把测得的温度值与 RAM 中的 TH、TL 字节内容做比较。若

T>TH 或 T<TL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令做出响应。

因此，可用多只 DS18B20 同时测量温度并进行报警搜索。

LS 字节

分辨率/位温度最大转换时间/ms

0 0 9 93.75

0 1 10 187.5

1 0 11 375

1 1 12 750

温度 LSB

温度 MSB

TH 用户字节 1

TL 用户字节 2

配置寄存器

保留

CRC

1 1 1 1 1

S S S S S S S S

TH 用户字节 1

TL 用户字节 2

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