基于单片机的数字多用表的设计

基于单片机的数字多用表的设计

介绍Dallas公司的两线数字温度传感器/实时时钟芯片DS1629的特点和结构原理，详细讨论了DS1629在温度表/计时器中的应用设计，并指出了在实际应用设计中应注意的问题。
　　关键词：DS1629；两线总线；数字多用表；单片机

Design of Digital Multifunctional Meter Based on Microcontrolle r

LI Guohou, YANG Qingjie, CHEN Yanfeng

(Henan Institute of Science and Technology, Xinxiang 453003, China)

　　Key words: DS1629; two?wire bus; digital multifunctional meter; microcontroller

1DS1629的结构特性与工作原理
　　DS1629是专为温度的数字化测量而设计的一种芯片，同时还兼有实时时钟/日历的功能。DS1629的宽电源范围和极小的功耗非常适合于电池供电的应用环境。其时钟功能可以是12小时或者24小时的模式，且在12小时的模式下带有AM/PM指示。当温度达到或超过程序设定的上限TH或者时间到达程序设定的时刻时，芯片就产生漏极开路的报警输出。
　　DS1629由数字温度传感器、实时时钟、两线串行接口、数据寄存器、温度和时钟报警比较器及时钟分频器和缓冲器6个部分组成。
　　由制造商标定的温度传感器无需外部器件。芯片一上电就开始进行温度转换，并随后连续进行转换。主机(通常为单片机)可以周期性地读取温度寄存器中最新转换的温度值，并且由于转换是在“后台”进行的，读数据并不影响转换的过程。主机可以修改芯片的配置，如上电后并不立即开始转换和连续转换模式，这样对于要求省电的场合很有益处。实时时钟/日历提供秒、分、时、星期、日期、月、年的BCD数值，这需要内部的振荡器/分频器和外部的32.768kHz的晶振。不足31天的月份则在月底自动调整，闰年的补偿直到2100年。实时时钟可以通过清除时钟寄存器中的控制位而关闭。通过读/写时钟寄存器或者时钟报警寄存器可以关闭时钟报警输出。
　　二进制数据的读/写通过两线总线进行，高位在前，每个寄存器的访问都采用8位的命令协议。芯片各个引脚的功能如表1所示。

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2.1硬件设计
　　从前面的讨论可以看出，DS1629兼有数字温度传感器和实时时钟/日历的功能，工作电压为2.2～5.5V，因而可将其与单片机结合起来设计出带有数字钟功能的数字温度表。单片机采用AT89C2051，封装为20DIP，工作电压范围是2.7～5.5V。显示部分采用6位数码管来显示时间、日期或温度等数据。为了简化电路，减少芯片，降低功耗，显示部分采用动态循环扫描的方式，由一片4～7段译码器CD4543驱动。CD4543的工作电压为3～18V，整个电路采用两节干电池供电，系统的硬件构成如图1所示。图中，DS1629的SCL与SDA端分别接单片机的P3.0和P3.1，R1和C1构成上电自动复位电路，P3.2～P3.4接 3个按键，C2、C3及6MHz晶振构成振荡电路，P3.5、P3.7、P1.0～P1.3分别接6位数码管的公共端(图中3个数码管LED2～LED4没有画出)作为位选信号，P1.4～P1.7接CD4543的BCD码输入端，6个数码管的数据输入端a～g都并接到CD4543的数据输出端a～g。

　　数字表的功能包括温度的测量显示和时钟两个方面，因而在软件设计中应同时考虑。温度表和时钟功能由按键S3选择，上电后的默认状态为自动显示测量的温度，按一下S3则切换到时间显示，再按一下又返回到温度显示。默认状态下按键S2为秒表功能键，按1次开始计时，按两次停止计时，按3次则清0，再按则返回到初始状态。默认状态下按键S1为调整时间的功能键，按1次S1设定小时，此时S2为加1键，按1次小时加1，S3为减1键，按1次小时减1；按2次S1设定分钟，此时S2、S3的作用同前；按3次S1则返回到初始状态。根据这些功能，软件设计由初始化、功能键处理、时间显示、温度测量及显示等几个部分组成。初始化部分完成单片机中断、定时器、片内存储单元和DS1629的初始配置；功能键处理部分则进行键盘的扫描及相应的处理；时间及温度显示则是读取DS1629的时间和温度参数，进行转换后送出显示。下面给出单片机对DS1629操作的程序段，假定单片机的P3.1接SDA，P3.0接SCL，设定DS1629的工作模式为单次转换模式，禁止时钟输出，对温度及时钟均为高电平报警，则相应的程序段如下：
　　

　　从前面的讨论可以看出，DS1629给基于单片机的数字化温度的测量与控制带来了极大的方便，使得系统的设计大为简化，具有很高的实用价值。

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