基于單片機和DS18B20的數字溫度計

溫度測量是從金屬(物質)的熱脹冷縮開始，常用的檢測方法有電阻式、熱電偶式、PN結型、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(如電阻值，熱電勢等)變化的原理。隨著大規模集成電路工藝的提高，出現了多種集成的數字化溫度傳感器。
這里提出一種基于MSP430單片機翻的小型測溫系統設計方案，主控制器采用MSP430單片機，數字溫度傳感器DS18B20通過單總線(1-wire)與單片機連接，系統結構簡單，抗干擾能力強，適合于惡劣環境下澍量現場溫度，可應用于倉庫測溫、樓宇空調控制和生產過程監控等領域。

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

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

2．1 主控制器
MSP430F1121A具有獨特的超低功耗設計，具有5種低功耗模式，給低功耗儀表設計帶來了很大方便。MSP430F1121A型單片機為Flash型，可反復編程，且內部集成了A／D轉換器，特別為智能式儀表、電池供電便攜設備而設計。MSP430F1121A特性如下：
1)高效16位RISC內核，16位精簡指令結構，27條指令，125 ns指令周期時間，絕大多數指令可在1個時鐘周期內完成；
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)內含12位快速ADC／Slope ADC，只需外接1個電阻、1個電容即可實現高精度斜率A／D轉換；
6)片內資源豐富，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系列產品可以提供多種存儲器選擇，從14位ADCs到LCD驅動電路的混合信號外設，簡化了各類應用中MSP430的設計；
8)ESD保護，抗干擾力特強。
2．2 譯碼驅動及顯示單元電路
為了直觀地顯示出數字系統的運行狀態以及工作數據，系統的顯示模塊中采用LG5011AH共陰極LED數碼管，CD4511作為顯示譯碼電路，由CD4511把輸進來的二進制信號翻譯成十進制數字，再由數碼管顯示出來，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測量后的數據進行控制處理，以8421BCD碼的形式傳送至CD4511，CD4511把BCD碼轉換為十進制數碼送到數碼管中顯示。