PIC單片機(jī)在溫度測量領(lǐng)域的應(yīng)用及仿真研究

在理論設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用Protues軟件對(duì)其進(jìn)行仿真調(diào)試和測試，并利用調(diào)試和測試的結(jié)果來驗(yàn)證理論設(shè)計(jì)的可靠性和正確性。

0 引言

在日常生活經(jīng)常要用到溫度的檢測及控制，傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和熱電阻，而熱電偶和熱電阻測出的一般是電壓，在轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，需要比較多的硬件支持，硬件電路很復(fù)雜，軟件調(diào)試也復(fù)雜，制作成本高。而且測出來的溫度精度也沒有技術(shù)成熟的溫度傳感器高。

本文基于PIC單片機(jī)來設(shè)計(jì)數(shù)字式測溫計(jì)，直接采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20,用單片機(jī)對(duì)18B20進(jìn)行控制，來進(jìn)行測溫。顯示部分可用lcd1602,單片機(jī)可直接驅(qū)動(dòng)lcd1602顯示溫度，硬件較簡單，穩(wěn)定。DS18B20采用單總線技術(shù)，容易擴(kuò)展，并且具有轉(zhuǎn)換速度快，轉(zhuǎn)換精度高，可由片機(jī)直接讀出溫度并顯示出來等優(yōu)點(diǎn)。

一、設(shè)計(jì)目標(biāo)和思路

本文采用PIC16F877的USART異步通信模式，可廣泛應(yīng)用于單片機(jī)與PC機(jī)，以及單片機(jī)與單片機(jī)之間的通信。USART接口由RC6、RC7這兩只引腳構(gòu)成。RC6用于數(shù)據(jù)的發(fā)送，RC7用于接收數(shù)據(jù)。

當(dāng)單片機(jī)需要通過USART發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，只需將所發(fā)送數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)緩沖寄存器TXERG,然后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將TXREG寄存器內(nèi)容送入發(fā)送移位寄存器TSR,接著系統(tǒng)會(huì)根據(jù)所設(shè)置的波特率脈沖信號(hào)，通過RC6引腳從高位到低位依次發(fā)送出去。當(dāng)系統(tǒng)將TXERG寄存器內(nèi)容加載到TSR中時(shí)，會(huì)自動(dòng)將中斷發(fā)送標(biāo)志位TXIF置位，根據(jù)程序決定是否進(jìn)入中斷。而當(dāng)單片機(jī)需要通過USART接受數(shù)據(jù)時(shí)，通過RC7引腳將數(shù)據(jù)依次送入接收移位寄存器RSR中，當(dāng)收到一個(gè)停止位時(shí)，移位寄存器RSR就把收到的8位數(shù)據(jù)自動(dòng)送入接收數(shù)據(jù)緩沖器RCREG中。在接收數(shù)據(jù)緩沖器RCREG收到一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)后，接收中斷標(biāo)志位RCIF將自動(dòng)置位，根據(jù)程序決定是否進(jìn)入中斷。

二、原理結(jié)構(gòu)圖

本文利用PIC16F877和DS18B20傳感器設(shè)計(jì)了測溫計(jì)，其包含主控器部分、溫度顯示部分、傳感測試部分和按鍵設(shè)計(jì)部分。

基于PIC16F877的測溫計(jì)原理電路圖結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中，電源部分的S1為復(fù)位按鈕它在被按得時(shí)候斷開放開后自動(dòng)閉合，在其斷開又閉合的瞬間使整套電路中各芯片的供電電壓實(shí)現(xiàn)從5V降到0V再升到5V的過程，從而達(dá)到復(fù)位的目的。輸入電容C2一般情況不接，但當(dāng)集成穩(wěn)壓器遠(yuǎn)離整流、濾波電路時(shí)應(yīng)接入一個(gè)0.33μf的電容器，它的作用是改善紋波和抑制輸入的瞬時(shí)過電壓，保證78L05的輸入與輸出間的電壓差不會(huì)超過允許值。輸出電容C3一般不采用大容量的電解電容器，只要接入0.1μf的電容器便可以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。但是，為了減小輸出的紋波電壓，在輸出端并聯(lián)一只大容量的電解電容C4,會(huì)取得更好的效果。然而，這樣將隨之產(chǎn)生一種弊端：一旦78L05的輸入端出現(xiàn)短路時(shí)，輸出端上的大電容器上儲(chǔ)存的電荷將通過集成穩(wěn)壓器內(nèi)部電路調(diào)整管的發(fā)射極與基極泄放，因大容量電容器釋放能量較大，會(huì)造成集成穩(wěn)壓器內(nèi)部調(diào)整管的損壞，導(dǎo)致電路無法工作。為了防止這一點(diǎn)，在78L05的輸入端與輸出端之間跨接一個(gè)二極管，它為C4上電荷的泄放提供了一個(gè)分流通路，對(duì)集成穩(wěn)壓器起保護(hù)作用。

串口接收溫度函數(shù)流程圖如圖2所示。

三、Protues仿真調(diào)試

為調(diào)試和檢驗(yàn)上述的電路原理圖的正確性和合理性，本文通過Protues軟件仿真來進(jìn)行波形調(diào)試。

在仿真調(diào)試的過程中，先后對(duì)DS18B20測溫模塊、lcd1602顯示模塊、PIC單片機(jī)的USART模塊通信等，分別進(jìn)行了仿真測試。待各部分均測試正確無誤后，方才對(duì)整體電路進(jìn)行測試。圖3所示即為本文對(duì)溫度測量部分進(jìn)行仿真調(diào)試和測試。

從Protues的仿真結(jié)果來看，本文設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度測量電路，以PIC16F877單片機(jī)為工作處理器的核心，外接DS18B20和LCD1602,用單片機(jī)處理數(shù)字信號(hào)，再把其送入顯示器顯示。在經(jīng)過反復(fù)的仿真調(diào)試和測試后，驗(yàn)證其使用起來比較方便且結(jié)果簡單易讀。

四、結(jié)語

本文采用PIC16F877單片機(jī)，結(jié)合DS18B20傳感器，來設(shè)計(jì)數(shù)字式溫度測量電路，主要包含其包含主控器、溫度顯示、傳感測試和按鍵設(shè)計(jì)等幾個(gè)部分部分。在理論設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用Protues軟件對(duì)其進(jìn)行仿真調(diào)試和測試。與此同時(shí)，如果在本文涉及的基礎(chǔ)上在擴(kuò)展其功能，如多點(diǎn)測溫、溫度報(bào)警等，則只需調(diào)整PIC單片機(jī)程序即可。這樣的話，本文設(shè)計(jì)的測溫系統(tǒng)，在具有電路簡單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，還具有擴(kuò)展兼容性好、讀數(shù)準(zhǔn)確易懂等特點(diǎn)，能夠滿足日常生活對(duì)測溫計(jì)的一般基本要求。