Аналитический обзор цифрового термометра

1.3 Аналитический обзор цифрового термометра

По заданию в качестве цифрового термометра необходимо применить цифровую микросхему DS 1620. Данная микросхема не требует внешних компонентов, напряжение питания может варьировать от 2.7 В до 5.5 В, диапазон температур -55 °С – +125 °С с точностью 0.5 °С, время измерения до 1 секунды. На рисунке 1.3 приведен цифровой термометр DS 1620.

Рисунок 1.3 – Структурная схема цифрового термометра DS 1620.

Микросхема DS1620 это термометр и термостат с цифровым вводом/выводом, обеспечивающий точность ±0.5°C. При использовании в качестве термометра, данные считываются через 3-проводную последовательную шину в дополнительном 9-битном коде с ценой младшего разряда ±0.5°C. Для приложений требующих более высокого разрешения, пользователь может прочитать дополнительные регистры и произвести простые арифметические действия, чтобы достичь более чем 12-битового разрешения (с ценой самого младшего разряда 0.0625°C).

При использовании в качестве термостата, микросхема DS1620 отличается наличием во внутренней энергонезависимой памяти (EEPROM) программируемых пользователем уставок по превышению температуры (TH) и по понижению температуры (TL). Три специальных логических выхода срабатывают, когда соответствующие уставки пересекаются. Один срабатывает, когда пересекается уставка TH, другой при пересечении TL, и третья срабатывает, когда TH достигнут, и выход будет оставаться активным до тех пор, пока температура не упадёт ниже TL (программируемый гистерезис). DS1620 может быть запрограммирован с этими уставками и использоваться в автономном приложении только как термостат до тех пор, пока не понадобится их перенастроить.

Микросхема DS1620 прелагается в 300mil, 8-контактном PDIP и 208mil, 8-контактном SOIC. Для приложений, которым не требуется точность ±0.5°C, доступна микросхема DS1720 с пониженной точностью ±2.5°C, более дешёвая полностью совместимая микросхема (только в корпусе SOIC).

2. Проектирование принципиальной схемы устройства

2.1 Схема включения микроконтроллера

Микроконтроллер AT90S1200 содержит 2 портов ввода/вывода. Порт D используется для связи с цифровым термометром по 3-wire интерфейсу, а так же для управления ЖК-индикатором.

На рисунке 2.1 приведена структурная схема включения микроконтроллера.

Рисунок 2.1 – Структурная схема включения микроконтроллера

2.2Формирование тактовых импульсов

Источником тактовых импульсов в микроконтроллере AT90S1200 может быть:

–  Генератор с внешним резонатором;

–  Генератор с внутренней RC-цепочкой;

Наиболее предпочтительным в данном блоке является генератор с внешним резонатором т. к. он позволяет задавать любую тактовую частоту, которая зависит только от кварцевого резонатора, на которой может работать микроконтроллер. Это стабильный генератор с точной выдержкой частоты генерации.

Использование внешнего генератора требует наличия дополнительной аппаратуры.

Генератор с внутренний и внешний RC-цепочкой не гарантирует стабильность частоты.

На рисунке 2.2 приведена схема включения тактового генератора.

Рисунок 2.2 – Схема включения тактового генератора с внешним резонатором.

 

 

2.3Схема сброса

На рисунке 2.3 приведена аппаратная схема сброса по включению питания. Данная схема необходима для первичной инициализации аппаратуры микроконтроллера.

Рисунок 2.3 – Аппаратная схема сброса по включению.

 

2.4 Схема подключения цифрового термометра

 

Для подключения цифрового термометра используется три порта ввода/вывод. На рисунке 2.4 приведена схема включения термометра.

Рисунок 2.4 – Схема включения термометра

Функциональная схема приведена на рисунке 2.5

Рисунок 2.5 – Функциональная схема DS1620.

2.5 Схема подключения ЖКИ

ЖКИ подключен к микроконтроллеру AT90S1200 с помощью 8-ми разрядной шиной.

Рисунок 2.6 – Схема подключения ЖКИ.

Алфавитно-цифровые ЖКИ - модули представляют собой недорогое и удобное решение, позволяющее сэкономить время и ресурсы при разработке новых изделий, при этом обеспечивают отображение большого объема информации при хорошей различимости и низком энергопотреблении. Возможность оснащения ЖКИ - модулей задней подсветкой позволяет эксплуатировать их в условиях с пониженной или нулевой освещенностью, а исполнение с расширенным диапазоном температур (-20°С...+70°С) в сложных эксплуатационных условиях, в том числе в переносной, полевой и даже, иногда, в бортовой аппаратуре.

В соответствии с временной диаграммой в исходном состоянии сигнал Е = 0, сигнал R/W = 0, значение сигнала RS - произвольное, шина данных DBO...DB7 в состоянии высокого импеданса (НI). Такое состояние управляющих сигналов (E и R/W) должно поддерживаться все время в промежутках между операциями обмена с ЖКИ-модулем. Шина данных в эти моменты в принципе свободна, и может использоваться в мультиплексном режиме для каких-либо других целей, например, для сканирования матрицы клавиатуры. Естественно, необходимо позаботиться об исключении конфликтов на шине данных в момент совершения операций обмена с ЖКИ-модулем.

Последовательности действий, которые необходимо выполнять управляющей системе при совершении операций записи и чтения для 8-ми разрядной шины приведены соответственно в таблицах 1, 2. Для нормальной работы ЖКИ необходимо сформировать временные диаграммы приведенные на рисунках 2. 7 и 2.8

 

Таблица 1. Операции записи для 8-ми разрядной шины

Установить значение линии RS Вывести значение байта данных на линии шины DB0...DB7 Установить линию Е = 1 Установить линию У = 0 Установить линии шины DB0...DB7 = HI

 

Таблица 2. Операции чтения для 8-ми разрядной шины

Установить значение линии RS Установить линию R/W = 1 Установить линию Е = 1 Считать значение байта данных с линий шины DB0...DB7 Установить линию Е = 0 Установить линию R/W = 0

Рисунок 2.7 – Временная диаграмма операции записи

Рисунок 2.8 – Временная диаграмма операции чтения

 

2.6 Схема стабилизатора напряжения

Стабилизатор напряжения построен на микросхеме фирмы LM7805. Напряжение стабилизации 5V. На рисунке 2.9 приведена схема включения стабилизатора.

Рисунок 2.9 – Схема включения стабилизатора.

Особенностью данного стабилизатора является большой разброс напряжений подаваемых на вход, простая схема включения, большие токи нагрузки.

3.  Проектирование программного обеспечения микроконтроллера

3.1 Разработка алгоритма программы

 

Рисунок 3.1 – Алгоритм функционирования цифрового термометра.