Thiết kế của nhiệt kế kỹ thuật số dựa trên AT89C2051
Điều khiển máy vi tính đơn chip đã trở thành một trong những mục tiêu mà thiết kế điện tử theo đuổi ngày nay. Bài viết này áp dụng công nghệ điều khiển này để đo nhiệt độ. AT89C2051 là một máy vi tính đơn chip 8 bit CMOS hiệu suất cao, được sản xuất bởi Atmel, Hoa Kỳ. Con chip này chứa 2 KB bộ nhớ chương trình chỉ đọc lặp đi lặp lại và 128 B bộ nhớ dữ liệu truy cập ngẫu nhiên (RAM). Cảm biến nhiệt độ thông minh dây đơn DSl-8B20 được sản xuất bởi DALLAS S bán dẫn tại Hoa Kỳ thuộc về một thế hệ cảm biến thông minh mới thích ứng với bộ vi xử lý. Nhiệt kế kỹ thuật số là nhiệt kế với DS18B20 là yếu tố phát hiện và AT89C2051 là bộ điều khiển chính. Nó có các đặc tính tiêu thụ điện năng thấp, cấu trúc đơn giản, đọc thuận tiện, phạm vi đo nhiệt độ rộng và đo nhiệt độ chính xác.
1 Thành phần mạch và nguyên lý làm việc
1.1 Thiết kế phần cứng
Nhiệt kế bao gồm AT89C2051 chủ yếu bao gồm ba phần: cảm biến nhiệt độ DSl8B20, chip đơn AT89C2051, một mô-đun hiển thị bao gồm các ống kỹ thuật số LED. Sơ đồ khối nguyên lý hệ thống của nó được hiển thị như trong Hình 1. DSl8B20 được sử dụng làm nguồn tín hiệu bên ngoài của chip đơn AT89C2051, chuyển đổi nhiệt độ thu được thành tín hiệu số và truyền nó đến 2051 qua giao diện I / O. Chương trình điều khiển trong ROM khởi động 2051 điều khiển ống kỹ thuật số LED qua giao diện I / O. Giao diện giữa máy vi tính đơn chip và ống kỹ thuật số) truyền dữ liệu đến ống kỹ thuật số và hiển thị nhiệt độ thu được.
1.2 Sơ đồ mạch tổng
Sơ đồ mạch hệ thống đo nhiệt độ dựa trên AT89C2051 chuyển đổi nhiệt độ thành tín hiệu số đã ký (dưới dạng bổ sung mười sáu bit, chiếm hai byte). Nếu sử dụng cáp xoắn đôi được bảo vệ, độ dài của kết nối có thể đạt tới 150 m , Chân đầu ra I / 0 được kết nối trực tiếp với P3.4 của máy tính một chip, R1 là điện trở kéo lên và cảm biến sử dụng nguồn điện bên ngoài. AT89C2051 là phần cốt lõi của toàn bộ hệ thống, chứa 2 KB ROM FLASH và chương trình người dùng được lưu trữ tại đây. Mô-đun hiển thị bao gồm một ống kỹ thuật số cực dương bốn trong một và bốn ống 9012. Chương trình hệ thống được chia thành hai phần: chương trình điều khiển cảm biến và chương trình hiển thị. Chương trình điều khiển cảm biến được biên dịch theo giao thức truyền thông của DS18B20. Công việc của hệ thống là hoàn thành việc đọc và ghi cảm biến và hiển thị nhiệt độ dưới sự điều khiển của chương trình.
Các chỉ số kỹ thuật chính của sản phẩm: phạm vi đo: -55 + 125 ℃, độ chính xác của phép đo: 0,5 ℃, thời gian phản ứng nhỏ hơn hoặc bằng 500 ms.
2 Thiết kế phần mềm
2.1 Mô-đun mua lại
Mô-đun này sử dụng cảm biến nhiệt độ dây đơn DS18B20 để hoàn thành việc thu thập nhiệt độ. Máy tính một chip AT89C51 truy cập quy trình vào DSl8B20 như sau: Khởi tạo DSl8B20 trước, sau đó thực hiện theo thứ tự thao tác ROM, cuối cùng có thể vận hành bộ nhớ. Mỗi hoạt động của DSl8B20 phải tuân theo trình tự công việc và giao thức truyền thông nghiêm ngặt. Theo giao thức truyền thông của DSl8B20, cần có ba bước: đặt lại DSl8B20 trước mỗi lần đọc và ghi, gửi lệnh ROM (mã lệnh CCH) và đặt bit cờ sau khi thiết lập lại thành công và đánh giá xem việc khởi tạo có thành công theo bit cờ hay không. Cuối cùng, gửi lệnh RAM (mã lệnh 44H) DSl8B20 để bắt đầu chuyển đổi, sau đó đọc giá trị chuyển đổi nhiệt độ (mã lệnh BEH), byte cao của giá trị nhiệt độ đọc được gửi đến đơn vị 27H, byte thấp được gửi đến đơn vị 26H, sau đó theo byte giá trị nhiệt độ Định dạng biểu diễn và bit dấu của nó, giá trị nhiệt độ thực tế có thể đạt được sau khi chuyển đổi đơn giản.
2.2 Mô đun xử lý chính
Mô-đun xử lý chính chủ yếu là phối hợp các mô-đun khác nhau để thực hiện tương tác dữ liệu. Trước tiên, mô đun xử lý chính hoàn thành công việc khởi tạo và sau đó tiến hành xử lý vòng lặp sau khi khởi tạo. Trong vòng lặp, dữ liệu của mô đun thu nhận được, dữ liệu được xử lý và kết quả xử lý được hiển thị. Lưu đồ xử lý chính được hiển thị trong Hình 3.
2.3 Mô-đun hiển thị
Sử dụng phương pháp quét động, trong đó lựa chọn bit điều khiển P3.0, P3.1, P3.2, P3.3 và điều khiển lựa chọn phân đoạn P1. Lần lượt tín hiệu quét đầu ra P3.0, P3.1, P3.2 và P3.3 đến mọi người, để chỉ một ống nixie được đặt ở một lúc, và sau đó P1 gửi mã phông chữ được hiển thị cho bit đó và nó sáng lên Glyph hiển thị trong đoạn glyph bit này. Dưới sự điều khiển phối hợp của đoạn mã được gửi bởi P1 và đoạn bit được gửi bởi P3.0, P3.1, P3.2 và P3.3, mỗi ống nixie được bật để hiển thị phông chữ riêng.
3. Kết luận
Cảm biến đo nhiệt độ của thiết kế này sử dụng cảm biến nhiệt độ thông minh DSl8B20 cải tiến, phạm vi đo nhiệt độ là -55 + 125oC, độ phân giải tối đa có thể đạt 0,065oC, nó có thể đọc trực tiếp giá trị nhiệt độ đo được và sử dụng hệ thống dây đơn và máy vi tính đơn chip. Kết nối, giảm mạch phần cứng bên ngoài, đồng thời có thể trực tiếp chuyển đổi nhiệt độ thành tín hiệu số nối tiếp để xử lý máy vi tính.