文档介绍：系统方案设计
概述
在日常生活中人们需要测量各种各样的温度。环境温度对工业、农业、商业都有很大的影响。传统的测温仪测量费时,准确度也较低,数字温度计与传统的温度计相比,具有读数速度快,测温范围广,其输出温度采用数字显示,便于用户使用。数字体温计是利用温度传感器将温度转换成数字信号,然后通过显示器显示以数字形式的温度,能快速准确地测量温度。
此次的课程设计采用了DS18B20作为本系统的温度传感器,单片机AT89C51作为测控系统的核心来完成数据的采集、处理,四个共阴极数码管用于直接显示温度,电容电阻若干。总体思路是通过温度传感器DS18B20把所测得的温度发送到AT89C51单片机上,经过单片机处理,把温度在LED数码管上显示。
设计指标
1)温度测量范围:-55°C~+125°
2)精度:±°C
3) °C
系统方案框图
LED数码管显示电路
AT89C51单片机
DS18B20温度传感器

数字温度计总体电路结构框图
硬件设计
总体工作原理
由于DS18B20可以直接读出被测温度值,而且采用三线制与单片机相连,所以温度传感器DS18B20把所测得的温度发送到AT89C51单片机上,经过单片机处理,把温度在显示电路上显示,本系统显示器用4位共阳LED数码管以动态扫描法实现。
硬件电路设计原理图如下:
数字温度计硬件电路图
电源部分
5V
103
10pF
电路说明:整流电路的输出电压不是纯粹的直流,从示波器观察整流电路的输出,与直流相差很大,波含有较大的脉动成分,称为纹波。为获得比较理想的直流电压,需要利用具有储能作用的电抗性元件(如电容、电感)组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。这里我们采用电容。
滤波电路原理图
(2)电容的作用:在电路中,当有电压加到电容器两端的时候,便对电容器充电,把电能储存在电容器中;当外加电压失去之后,电容器将把储存的电能再放出来。充电的时候,电容器两端的电压逐渐升高,直到接近充电电压;放电的时候,电容器两端的电压逐渐降低,直到完全消失。电容器的容量越大,负载电阻值越大,充电和放电所需要的时间越长。这种电容带两端电压不能突变的特性,正好可以用来承担滤波的任务。
电源部分滤波电路
振荡电路部分
晶振片的选择:一般单片机的晶振工作于并联谐振状态,该电路中晶振采用12MHZ。晶振的频率就是在它提供的负载电容下测得的,能最大限度的保证频率值的误差。也能保证温漂等误差。两个电容的取值都是相同的,为30pF,或者说相差不大,如果相差太大,容易造成谐振的不平衡,容易造成停振。
振荡电路
复位电路部分
(1)电路说明:单片机系统的复位电路在这里采用的是上电加按钮复位电路形式,,电容采用电容值为10u的电解电容。高电平复位。系统上电时,电压由0V增加到5V,电容C2的上极板电位随之增加,电容的内电场增强,使C2能吸引更多的电子通过R1到达下极板,从外面看就电流通过C2 和R1入地。按电压在随着电流方向逐惭降低的原则,电流的出现会在R1端形成一大于0的电位。由于电容的充电逐渐饱和,所以电流会逐渐减小,电位也会逐渐减小。
Vcc
VRst
R1

RST
C2
10u
复位电路原理图
(2)复位电路的计算:
因为振荡周期=1/振荡频率,机器周期=振荡周期*12
所以对于12M晶振做为“原动力”的系统来说,使系统复位的时间t应大于 t=2*(1/12M)*12=2us,两个机器周期的时间求出来了。VReset上的电压超过Min=。Vcc为5V,所以如果VReset上的电压超过0.=,就可以看成高电平,,那么系统就会复位。
RST上的电压由公式:
因为=5V; =0V;所以:
又,所以
当=,t=,系统复位。
复位电路
传感器DS18B20部分
引脚图及功能
GND 电压地
DQ 单数据总线
VDD 电源电压
DS18B20引脚图
主要特性
1) 全数字温度转换及输出。
2 )先进的单总线数据通信。
3 )最高12位分辨率,。
4 )2位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。
5 )可选择寄生工作方式。
6)检测温度范围为–55°C —+125°C。
7 )内置EEPROM,限温报警功能。
8)64位光刻ROM,内置产品序列号,方便多机挂接。
9 )多样封装形式,适应不同硬件