智能电脑散热器.docx

1、智能电脑散热器智能电脑散热器设计 摘要：随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数字单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展，与传统的散热器相比，具有可读数方便，测温范围广，测温准确度高，自动调节。该设计控制器使用单片机AT89S51，测温传感器使用DS18B20，用LCD来实现温度显示。 关键词：单片机；温度检测；AT89S52;DS18B20;1.设计内容及性能指标 以MCS-51系列单片机为核心部件，

2、组成一个数字式温度计； 采用数字式温度传感器为检测器件，进行单点温度检测； 温度测量范围：-20100，测量误差小于0.5； 用液晶显示器进行实际温度值显示； 能够根据需要方便设定上下限报警温度。 实现声音报警功能。2.设计方案选择与确定 方案一：用热敏电阻作为温度传感器，通过采集各个时间内的电压，进行A/D转换，经过电压与温度的转换、校准，测量出温度。 方案二：用DS18B20数字式温度传感器。DS18B20是DS1820的换代产品，它与传统的热敏电阻温度计传感器不同，它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式。其内部集成了温度传感器及A/D转换模块

3、，通过读取片内数据，测量出温度。方案确定：由于用热敏电阻作为温度传感器误差较大，可靠性相对较差，且不方便调试校准；而DS18B20测量精度高，集成度高，方便调试，线路简单。所以本设计采用方案二。3.系统总体方案 温度计电路设计总体设计方框图如图3.1所示，控制器采用单片机AT89S52，温度传感器采用DS18B20，用LCD1602液晶实现温度显示。 图1温度计电路设计总体设计方框图4.硬件电路设计4.1主控制器单片机AT89S52具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用5V电源供电。本设计采用AT89S52最小系统。

4、 4.1.1复位电路图2上电复位电路图 图3 RST引脚电压和时间的关系 图4 手动复位电路图本次设计考虑可以随时调节上下线的考虑，采用了手动复位电路图。4.1.2晶振电路图5 晶振电路（12MHz）4.2温度传感器 DS18B20可以程序设定9-12位的分辨率，精确度为+-0.5。可选更小的封装方式，更宽的电压试用范围。分辨率设定及用户设定的报警温度存储在EPROM中，掉电后依然保存。4.2.1 DS18B20引脚及功能 （1）DS18B20引脚如下图所示： 图6 DS18B20引脚图 （2）引脚功能说明 GND为电源 DQ为数字信号输入/输出端 VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方

5、式时接地）。4.2.2 DS18B20的主要特性1适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数 据线供电2独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯3 DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温.4、DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内5、温范围55+125，在-10+85时精度为0.56、可编程 的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温

6、7、在9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快8、测量结果直接输出数字温度信号，以一 线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力9、负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。4.2.3DS18B20的内部结构 图为DS1820的内部框图，它主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器（内含便笺式RAM），用于存储用户设定的温度上下限值的TH和TL触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码（CRC）发生器等七部分。DS18B20采用脚P

7、R35 封装或脚SOIC封装，其内部结构框图如图所示： 图 图 7 DS18B20内部结构框图 4.2.4 DS18B20的使用方法由于DS18B20采用的是1Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线

8、器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。 DS18B20的读时序对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。DS18B20的写时序对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低

9、至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线 DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。 DS18B20测温原理如图4.7所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振 随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对 低温度系数晶振产生的脉冲信号

10、进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重 新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即 为所测温度。图4.7中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。 图8 DS18B20工作原理图DS18B20有4个主要的数据部件： （1）光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位 （28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号

11、，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用 是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。（2）DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。表1: DS18B20温度值格式表这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0， 这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的

12、数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际 温度。 例如+125的数字输出为07D0H，+25.0625的数字输出为0191H，-25.0625的数字输出为FE6FH，-55的数字输出为FC90H 。 DS18B20温度传感器主要用于对温度进行测量，数据可用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，并以0.0625LSB形式表示。表2： 部分温度值对应的二进制温度表示数据（3）DS18B20温度传感器的存储器 DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器 TH、TL和结构寄存器。（4）配置寄存器 该字节各位的意

13、义如下：表3：配置寄存器结构TMR1R011111低五位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用 户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，如下表所示：（DS18B20出厂时被设置为12位）表4：温度分辨率设置表R1R0分辨率温度最大转换时间009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms4.3显示电路显示电路采用LCD1602A显示，P3.0 P3.1 P3.2分别接LCD1602A的RS(4脚) R/W(5脚) E(6脚)，从P2口输出数据。 图9 LCD1602A外观图160

14、2字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线，VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样，其中：表5 LCD1602A管脚说明表 引脚符号功能说明1VSS一般接地2VDD接电源（+5V）3V0液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。4RSRS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。5R/WR/W为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。6EE(或EN)端为使能(enable)

15、端，下降沿使能。7DB0底4位三态、 双向数据总线 0位（最低位）8DB1底4位三态、 双向数据总线 1位9DB2底4位三态、 双向数据总线 2位10DB3底4位三态、 双向数据总线 3位11DB4高4位三态、 双向数据总线 4位12DB5高4位三态、 双向数据总线 5位13DB6高4位三态、 双向数据总线 6位14DB7高4位三态、 双向数据总线 7位（最高位）（也是busy flag）15BLA背光电源正极16BLK背光 电源负极 表6 寄存器选择控制表 RSR/W操作说明00写入指令寄存器（清除屏等）01读busy flag（DB7），以及读取位址计数器（DB0DB6）值10写入数据寄存

16、器（显示各字型等）11从数据寄存器读取数据注：关于E=H脉冲开始时初始化E为0，然后置E为1，再清0。busy flag（DB7）：在此位为被清除为0时，LCD将无法再处理其他的指令要求。 表7 LCD显示地址 1234567891011121314151600H01H02H03H04H05H06H07H08H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH40H41H42H43H44H45H46H47H48H49H4AH4BH4CH4DH4EH4FH4.4 DS18B20温度传感器与单片机的接口电路DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信

17、号线，3脚接电源，如图3.4。另一种是寄生电源供电方式，单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。采用电阻4.7K的接高电平。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。4.5按钮和蜂鸣器设计电路 本次设计用到4个按键，分别用来对上线确定，下线确定，加一，减一的功能。蜂鸣器采用PNP三极管放大，接单片机P1.7。5.系统软件算法分析系统程序主要包括主程序，上线程序，下线程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，

18、计算温度子程序，报警子程序等。5.1主程序主程序的主要功能是负责定义上下线、温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图4.1所示。 图10 主函数流程图5.2上下线子程序流程图 图11 上限子函数程序流程图注：由于下限与上限程序流程相似，也可参考上限设计下限程序，在此，不再详述。5.3读温度子程序 图12 读温度子程序流程图5.4转换温度子程序图13温度转换子程序流程图5.5计算温度子程序图14计算温度子程序流程图 图15 显示温度子程序其他子程序在程序代码中都有详细的注解，见附录。在此，不在绘制流程图

19、。 设计心得体会参考文献: 附录附录一：系统总体仿真电路图附录二：元件清单序号元器件型号数量1AT89S52最小系统12温度传感器DS18B2013蜂鸣器14三极管855015发光二极管26按键复位式47万用板18排线249排针2排10反相器74F041 11液晶显示屏LCD1602112滑动变阻器10K1附录三：程序清单/*/#include#include /使用_nop_()函数 #define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*/函数申明/*/void delay(uchar k); /标准延时函数void delay1(uin

20、t s); /LCD延时函数void init(); /初始化显示void init_18b20();/复位ds18b20void write_18b20(uchar dat); /写ds18b20数据uchar read_18b20(); /读ds18b20数据void read_word_18b20(); /读数据并转换温度,进行显示void disp_tp();/温度显示void init_LCD(); /初始化LCD1602void write_data(uchar date); /写LCD1602显示数据void write_com(uchar com); /写LCD1602指令vo

21、id sw();/按键扫描，修改报警上下限值void sw_disp();/显示修改报警上下限界面sbit DQ=P17;/ds18b20数据线引脚sbit rs=P20;sbit rw=P21;sbit en=P22;sbit P10=P10; /蜂鸣器报警引脚，P10=1时报警sbit k0=P30;/4个按键：k0-加上限值，k1-减上限值，k2-加下限值，k3-减下限值sbit k1=P31;sbit k2=P32;sbit k3=P33;uint tvalue;/温度值uchar tflag;/温度正负标志uint i,j,kk=0,key=0; /kk控制上下限值修改界面显示，ke

22、y控制温度界面显示uint temph=30;/初始上限值uint templ=25; /初始下限值uchar code dis0=Welcome!;uchar code dis1=0x00,0x1f,0x1f,0x1f,0x1f,0x1f,0x1f,0x00;/初始化等待界面，进程的代码uchar code dis2=temperature:;uchar code dis3=0x06,0x09,0x06,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/温度符号代码（。）0x00,0x00,0x06,0x09,0x08,0x08,0x09,0x06;/温度符号代码（C）uchar code

23、 dis4=Change password:;uchar code dis5=H:L:;uchar data temp_data5;/储存温度值的数据/*/主函数/*/void main() init();/初始化显示init_LCD(); /初始化LCD1602ss:init_18b20(); /复位ds18b20read_word_18b20();/读数据并计算转换温度,显示温度值if(tvalue/10)%100)=temph)P10=1; /温度高于或等于上限值，报警else P10=0;kk=0;sw();goto ss; /*/开机初始化显示-欢迎等待界面/*/void init(

24、)/初始化显示uchar n,a,b,temp;P10=0;P3=0x0f; init_LCD(); /初始化LCD1602write_com(0x84);for(n=0;n8;n+)write_data(dis0n);delay1(10);delay1(100);write_com(0x40);/写1602，RAM地址for(a=0;a8;a+)/写入自定义字符，用于LCD显示write_data(dis1a);temp=0xc0;/赋初始化显示，进程标志的初始地址for(b=0;b16;b+) /显示进程标志的进度write_com(temp); /写进程命令write_data(0); /显示进程标志delay1(80);temp+; delay1(500); /*/voi