一种数字式温度控制系统的设计

1．引 言

　　温度是重要的物理量，温度的测量和控制，在工业生产和科研工作中都非常重要。数字式温度测量系统的特点是以微处理器为核心，利用微处理器的控制、运算功能，具有智能化的特点。本系统采用数码管直接显示被测温度值，这种数字式显示不仅直观、测量精度高，而且便于进行自动控制。所以，数字式温度测量电路获得了广泛的应用。

2．系统硬件设计

　　系统如图1所示，整个系统电路结构简单明了、紧凑，性能可靠；不仅适用于水温控制，且作为加热源，如加热炉、电炉应用电子器件，也可适用于工业环境温度的监测与控制。采用DS1820作为温度传感器，使系统简单可靠，且易于操作，它的性能突出。

图1　电路组成框图
　　以下对各部分主要电路作介绍

2．1　 温度转换电路

　　这部分电路完成的功能主要是：把非电物理量（温度量）转换成模拟电信号，再经A/D转换为数字量。它的性能的好坏、精确度等直接影响测量以及控制的结果，因此，这是很重要的部分。 考虑到本设计的要求，在这里我们采用新型的单片数字温度传感器DS1820，它具有性能好（分辨率为0.5℃，测温范围为—50--- +125℃）、体积小、接口简单（三端元件：一根地线、一根信号线、一根电源线）和使用方便（集成了采样、物理量/模拟量转换、A/D转换等功能，直接输出数字信号，无需另接任何外围电路即可方便地构成温度检测系统）等的优点。以下对DS1820芯片介绍。DS1820是美国DALLAS公司生产的单线数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干拢能力强、易配微处理器等优点，特别适合于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理，而且每片DS1820都有唯一的产品号，并可存入其ROM中，以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个DS1820芯片。从DS1820读出或写入DS1820信息仅需要一根口线，其读写及温度转换功率来源于数据总线，该总线本身也可以向所挂接的DS1820供电，而无需额外电源。DS1820能提供九位温度读数，它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。DS1820测量温度时使用特有的温度测量技术。其内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号f0，高温度系数振荡器则将被测温度转换成频率信号f0当计数门打开时，DS1820对f0数，计数门开通时间由高温度系数振荡器决定。芯片内部还有斜率累加器，可对频率的非线性予以补偿。测量结果存入温度寄存器中。一般情况下的温度值应为9位(符号占1位)，但因符号位扩展成高8位，故以16位补码形式读出，表1给出了温度和数字量的关系。DS1820采用3脚PR－35封装或8脚SOIC封装，管脚排列如图2所示。图中GND为地，I/O为数据输入/输出端(即单线总线)，该脚为漏极开路输出，常态下呈高电平。 VCC是外部＋5V电源端，不用时应接地。NC为空脚，图3是它的结构框图。
表1　DS1820温度与数字对应关系