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集成电路设计与开发

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Academic year: 2022

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集成电路设计与开发

Design andDevelopmentofIC

基于PIG单片机的温度控制器

刘百芬,吕涛

(华东交通大学电气与电子工程学院,南昌330013)

摘要:介绍了基于PIC单片机和DSl8820温度传感器的一种温度控制器的设计,包括温度传 感器芯片的选取、单片机与温度传感器的接口设计以及实现温度采集和数据传输的软件设计。

DSl8820数字温度传感器是单总线器件,与单片机组成一个测温系统,线路简单,体积小,在一 根通信线上可以挂接很多这样的测温系统。通过控制器样机测试和误差分析的结果,该控制器使 温度测试的精度得到了很大的提升。由于测温范围为一55。125 oc,因此可以应用在很多温度检 测和温度控制领域。

关键词:温度传感器;PIC;单线技术;控制器

中图分类号:TP212.11 文献标识码:A 文章编号:1003—353X(2008)09.0833.03

Temperature Controller Based on PIC

Mierocontroller

Liu Baifen.Ln Tao

(如砒of

Electrical and Electronic Engineering,East Chinaji,wTong University,Nanchang 330013,China)

Abstract:A temperature controller design basedonPIC and DSl8820 temperature sensorwasdescribed,

including the selection of chip temperature sensor,MCU and tempemture sensor interface design and the realization of temperature data collection and software design.DSl8820 di舀tal temperature sensor is the single・

bus device,and formed with MCUas temperature measurement system诵tlI simple lines,small sizeand other characteristics, and in an online communication Call be articulated many such temperature measurement system.By the controller prototype testing and analysis of the ell'or,the controller to test the temperature accuracy hasbeen greatly increase,because of the temperature rangeat一55 to 125℃, at 80 that it Can be

used in many of the temperature detection andtemperature control of the a13PAt.

Keywords:temperaturesensor;PIC;1一wire technology;controller EEACC:1265A

0引言

单片机在测控领域中具有十分广泛的应用,既 可以测量电信号,又可以测量温度、湿度等非电信 号。由单片机构成的温度检测、温度控制系统可广 泛应用于很多领域。本文讨论应用PIC单片机进行 温度测量和控制的问题。

设计思路

单片机的接口信号是数字信号,要想用单片机 获取温度等非电信号的信息,必须使用温度传感器 将温度信号转换为电流或电压信号输出。如果转换 后的电流或电压信号输出是模拟信号,还必须进行 A/D转换,以满足单片机接口的需要。通过四个按

键进行温度的输入调整,LCD实现温度的显示。

1。1 PIC单片机PICl6F877

PICl6F877是美国微芯公司的一款中端产品,

它的程序存储器是Flash型的,内置了EEPROM,

而且这个EEPROM存取并不是使用12C通信模式,

而是以存储器映像寄存器的方式来控制存取的,使 用更加方便。在A/D转换方面,分辨率提高到了

10 b“,而SSP模块是完整的MSSP,它的好处就是 支持i2c通信模式下作为主控制器件时的硬件控制 能力。微芯公司还专门为PICl6F87X系列单片机设 计了一套小巧廉价的在线调试工具套件,即 MPLAB.ICD。借助于这套在线调试工具,不需要购 买其他昂贵的仿真器和烧写器,就能使用户实现实 时仿真和程序烧写,还保留了一块用户可以随意焊

 

万方数据

(2)

刘百芬等:基于PIC单片机的温度控制器

接一些元器件的布满焊孔的电路板空间uj。

1.2温度传感器DSl8820

DSl8820是美国达拉斯(Dallas)公司的单线 数字温度传感器芯片,与传统的热敏电阻不同,

DSl8820可直接将被测温度转换为串行数字信号供 单片机处理。测温范围从一55~125℃,且在 一10~85℃之间精度为±0.5℃,可以程序设定

9—12 bit的分辨率。DSl8820通过一个单线接口发 送或接收信息,因此在单片机和DSl8820之间仅需 一条连接线(加上地线),用于读写和温度转换的 电源可以从数据线本身获得,无须外部电源。另 外,每片DSl8820都有一个独特的片序列号,所以 多片DSl8820可以同时连载到一根单线总线上,这 一特性在HVAC环境控制、探测建筑物、仪器或机 器的温度以及过程检测和控制等方面非常有用。

1.3单总线技术

单片机与外设之间数据传输常用的是12C总线

(采用同步串行两线:时钟线、数据线)和SPI总 线(采用同步串行三线)。DSl8820采用单总线技 术,既可以传输时钟,又可以双向传输数据。单总 线技术适用于单主机系统,单主机能够控制多个从 机设备,它们之间的控制和数据交换都由这根线完 成。由于只有一根线通信,所以必须采用严格的主 从结构,只有当主机呼叫从机时,从机才能应答,

主机访问每个单线期间必须严格遵循单线命令的序 列,如果命令序列混乱,单线器件不会响应主 机[2|。

2硬件电路

单片机选用微芯公司的单片机芯片PICl6F877,

完全可以满足本系统中要求的采集、控制和数据处 理的需要。温度传感器选用DSl8820(8引脚SOIC 封装),其引脚分布如图1所示。

NC

NC

DQ

NC

NC

NC GND

图1 DSl8820引脚分布图

Fig.1 Pinouts of DBl8820

DSl8820的核心功能部件是数字温度传感器,

其分辨率可配置为9、10、11和12 bit,对应的温 度值分辨率分别为0.5、0.25、0.125和0.062 5。

834半导体技术第33卷第9期

默认设置为12 bit分辨率,在本系统中采用默认的

12 bit分辨率,对应的温度值分辨率为0.062 5,可 在最多750 ins内把温度值转换为数字且实现12 bit分 辨率。温度信息的低位、高位字节内容中,还包括 了符号位S(是正温度还是负温度)和二进制小数 部分,具体形式为:

低位字节:

23 22 2l 20 2。1 2‘2 2。3 2‘4

MSB LSB

高位字节:

s S S S S 26 25 24

MSB I.SB

这是12 bit分辨率的情况,如果配置为低的分 辨率,则其中无意义位为0。温度和数据关系如表

1所示,表中t为温度。

表1 温度和数据的对应关系

Tab.1 Temperature data andthecorresponding relations

t/℃ 数据输出(二进制) 数据输出(十六进制)

00000111

+125 07DOH

11010000 o()000001

+25.062 0191H

10010001 OO000000

+1/2 0008H

000010()0 o()00C000

0000H

00000000 11111111

—l/2 FFF8H

11111000 11111110

一25.062 FH6FH

01101111 11lllloo

一55 FC90H

10010000

在DSl8820完成温度变换之后,温度值与储存 在TH和rI'L内的告警触发值进行比较。由于是8 bit 寄存器,所以9—12 bit在比较时忽略;TH或TL的 最高位直接对应于16 bit温度寄存器的符号位。如 果温度测量的结果高于TH或低于,11L,那么器件内 告警标志将置位,每次温度测量都会更新此标志。

只要告警标志置位,DSl8820就将响应告警搜索命 令,允许单线上多个DSl8820同时进行温度测量,

即使某处温度越线,也可以识别出正在告警的器 件旧J。图2是系统温度控制电路原理图。

图2中u2是DSl8820,U3是三端稳压块 MC78L05,因为PICl6F877需要5 V的电压,而从外 部输入的电压为12 V,所以还要有分压,电位计起

2008年9月

 

万方数据

(3)

刘百芬等:基于PIC单片机的温度控制器

图2系统温度控制电路原理图

Fig.2 Schematics of temperature control circuit

分压的作用。图中u1的PROTC口作为LCD芯片 MDLSl6265B的控制信号,PROTD口作为数据口与 MDLSl6265B的DB0。DB7相连H J。RCO口通过一个 反向器SN7404和运放LF353把电压从5 V放大到

24 V,驱动固态继电器JGX.5F工作。

软件设计

DSl8820是单线器件,在一根数据线上实现数 据的双向传输,一次需要一定的协议来对读写数据 提出严格的时序要求。

3.1 D¥18820的单线协议和命令

总线控制器发出(TX)一个复位脉冲(一个 最少保持480 tts的低电平信号),然后释放总线,

进入接收状态(RX)。单线总线由5 k12上拉电阻拉 到高电平,当探测到I/O引脚上的上升沿后,

DSl8820等待15。60肚s,通过拉低总线60—240tts

发出应答脉冲。总线控制器接到从机的应答脉冲 后,说明有单线器件在线。一旦总线主机检测到应 答脉冲,便可以发起ROM操作命令,在成功执行 了ROM命令后,才可以使用内存操作命令。

3.2程序流程

单片机实现温度转换读取温度数值程序的流程 图如图3所示。

结语

传统的温度检测控制电路大多以热敏电阻作为 温度传感器,但热敏电阻的可靠性较差,测量温度

图3温度转换读取温度数值程序的流程图

Fig.3 Flowchart for temperature value converted program

准确率低,而且还必须经过专门的接口电路转换成 数字信号才能由单片机进行处理。本文的温度检测 控制电路,硬件接线简单,测量精度高,抗干扰能 力强,温度测量范围广泛,误差很小。控制器样机 经测试在一10℃以下时误差为1℃左右,一10—

70℃间测得误差为0.25℃,在80—110℃时误差 为0.5℃,当温度大于110℃时,误差为l℃左右,

可广泛应用于对温度的监测和控制等领域。

参考文献:

[1]李学海.PIC单片机实践[M].北京:北京航空航天大学 出版社,2004:155.158.

[2]沈聿令.传感器及应用技术[M].北京:化学工业出版 社,2002:236—238.

[3]刘亚利.HIRFL-CSR工程中的智能温度控制系统[J].微 计算机信息,2005(20):77-78.

[4]中尾真治.外围接口控制用微机入门[M].北京:科学 出版社,2003:184-189.

(收稿日期:2008.04.24)

作者简介:

刘百芬(1957一),男,湖南涟源人,教授,主 要从事检测技术、电子技术和电力电子技术的 研究,发表学术论文20余篇,编写专著3部,参 加课题研究近20项,获省科技进步三等奖1 项,曾三次被评为“二级主讲教师”,获得省教学 成果二等奖1项,校教学成果二等奖2项;

吕涛(198卜),男,河北保定人,研究生,研究方向为检测技术、

电子技术。

 

万方数据

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基于PIC单片机的温度控制器

作者: 刘百芬, 吕涛, Liu Baifen, Lü Tao 作者单位: 华东交通大学,电气与电子工程学院,南昌,330013

刊名: 半导体技术

英文刊名: SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY 年,卷(期): 2008,33(9)

被引用次数: 3次

参考文献(4条)

1.中尾真治外围接口控制用微机入门 2003

2.刘亚利HORFL-CSR工程中的智能温度控制系统[期刊论文]

-

微计算机信息 2005(20) 3.沈聿令传感器及应用技术 2002

4.李学海PIC单片机实践 2004

引证文献(3条)

1.张佳贤基于单片机的温度控制器设计[期刊论文]

-

科技与生活 2010(19)

2.姜荣基于单片机控制的时间温度控制系统的设计与开发[期刊论文]

-

甘肃联合大学学报(自然科学版) 2009(4) 3.唐燕妮.戴卫军.陶影基于Atmega8单片机的温度控制器设计[期刊论文]

-

科技信息 2009(20)

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_bdtjs200809028.aspx

參考文獻

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