基于單片機和DS18B20的數(shù)字溫度計

溫度測量是從金屬(物質(zhì))的熱脹冷縮開始，常用的檢測方法有電阻式、熱電偶式、PN結(jié)型、輻射型、光纖式及石英諧振型等。這些檢測方法都是基于溫度變化引起其物理參數(shù)(如電阻值，熱電勢等)變化的原理。隨著大規(guī)模集成電路工藝的提高，出現(xiàn)了多種集成的數(shù)字化溫度傳感器。
這里提出一種基于MSP430單片機翻的小型測溫系統(tǒng)設(shè)計方案，主控制器采用MSP430單片機，數(shù)字溫度傳感器DS18B20通過單總線(1-wire)與單片機連接，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境下澍量現(xiàn)場溫度，可應(yīng)用于倉庫測溫、樓宇空調(diào)控制和生產(chǎn)過程監(jiān)控等領(lǐng)域。

1 數(shù)字式溫度計的總體設(shè)計
該系統(tǒng)以單片機為數(shù)字溫度計的主控制器，以集成數(shù)字溫度傳感器為溫度信息采集單元，液晶顯示器及其驅(qū)動元件為顯示單元。系統(tǒng)的基本組成框圖如圖1所示。

2 硬件組成
系統(tǒng)的主控制器選用了TI公司的單片機MSP430F1121A，沮度傳感器選用了DALLAS公司數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20，采用2位共陰極LED數(shù)碼管以及2個CD4511譯碼器實現(xiàn)溫度顯示。系統(tǒng)的整體設(shè)計電路如圖2所示。

2．1 主控制器
MSP430F1121A具有獨特的超低功耗設(shè)計，具有5種低功耗模式，給低功耗儀表設(shè)計帶來了很大方便。MSP430F1121A型單片機為Flash型，可反復(fù)編程，且內(nèi)部集成了A／D轉(zhuǎn)換器，特別為智能式儀表、電池供電便攜設(shè)備而設(shè)計。MSP430F1121A特性如下：
1)高效16位RISC內(nèi)核，16位精簡指令結(jié)構(gòu)，27條指令，125 ns指令周期時間，絕大多數(shù)指令可在1個時鐘周期內(nèi)完成；
2)1．8～3．6 V低電壓供電，有多種省電模式，功耗特別低，一顆電池可工作10年；
3)同其他微控制器相比，帶Flash的微控制器可以將功耗降低5倍，既縮小了線路板空間又降低了系統(tǒng)成本；
4)6 μs的快速啟動時間可延長待機時間并使啟動更加迅速，降低了電池的功耗；
5)內(nèi)含12位快速ADC／Slope ADC，只需外接1個電阻、1個電容即可實現(xiàn)高精度斜率A／D轉(zhuǎn)換；
6)片內(nèi)資源豐富，有ADC，PWM，若干TIME，串行口，看門狗，比較器，模擬信號，強大的中斷功能；
7)SP430系列產(chǎn)品可以提供多種存儲器選擇，從14位ADCs到LCD驅(qū)動電路的混合信號外設(shè)，簡化了各類應(yīng)用中MSP430的設(shè)計；
8)ESD保護(hù)，抗干擾力特強。
2．2 譯碼驅(qū)動及顯示單元電路
為了直觀地顯示出數(shù)字系統(tǒng)的運行狀態(tài)以及工作數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的顯示模塊中采用LG5011AH共陰極LED數(shù)碼管，CD4511作為顯示譯碼電路，由CD4511把輸進(jìn)來的二進(jìn)制信號翻譯成十進(jìn)制數(shù)字，再由數(shù)碼管顯示出來，如圖3所示。

圖3中的D、C、B、A為BCD碼輸入端，分別與主控制器MSP430F1121A相應(yīng)的I／O端口連接，為消隱功能端，為燈測試端，LE為鎖存端。
單片機MSP430F1121A對DS18B20測量后的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制處理，以8421BCD碼的形式傳送至CD4511，CD4511把BCD碼轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)碼送到數(shù)碼管中顯示。