基于單片機的數(shù)字溫度計設(shè)計

李爍

【摘 要】本文介紹一種基于AT89C2051單片機的一種溫度測量及報警電路，該電路采用DS18B20作為溫度監(jiān)測元件，測量范圍-55℃-～+125℃，使用4位LED模塊顯示，能通過鍵盤設(shè)置溫度報警上下限。正文著重給出了軟硬件系統(tǒng)的各部分電路，介紹了集成溫度傳感器DS18B20的原理，AT89C2051單片機功能和應(yīng)用。該電路設(shè)計新穎、功能強大、結(jié)構(gòu)簡單。

【關(guān)鍵詞】溫度測量；DS18B20；單片機

一、前言

數(shù)字溫度計簡稱DTM，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的溫度值轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的溫度計功能單一、精度低，不能滿足數(shù)字化時代的需求，采用單片機的數(shù)字溫度計，由于精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便得到了廣泛的應(yīng)用。溫度是許多監(jiān)控系統(tǒng)中的一個重要參數(shù)。DS18B20直接把溫度信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號。數(shù)據(jù)采集、處理模塊主要由AT89C2051單片機構(gòu)成，完成溫度數(shù)據(jù)的讀取和顯示。

二、系統(tǒng)原理及基本框圖

如圖2.1所示，模擬溫度值經(jīng)過DS18B20處理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，然后送到單片機中進行數(shù)據(jù)處理，并與設(shè)置的溫度報警限比較，超過限度后通過揚聲器報警。同時處理后的數(shù)據(jù)送到LED中顯示。

圖2.1系統(tǒng)基本方框圖

三、硬件設(shè)計

3.1輸入電路

輸入電路的作用是把不同量程的被測的電壓規(guī)范到A/D轉(zhuǎn)換器所要求的電壓值。智能化數(shù)字溫度計所采用的單片雙積分型ADC芯片ICL7135，它要求輸入電壓0-±2V。本儀表設(shè)計是0-1000V電壓，靈敏度高所以可以不加前置放大器，只需衰減器。

3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路

A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度對測量電路極其重要，它的參數(shù)關(guān)系到測量電路性能。本設(shè)計采用雙積A/D轉(zhuǎn)換器，它的性能比較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換精度高，具有很高的抗干擾能力，電路結(jié)構(gòu)簡單，其缺點是工作速度較低。在對轉(zhuǎn)換精度要求較高，而對轉(zhuǎn)換速度要求不高的場合如電壓測量有廣泛的應(yīng)用。

3.2.1雙積A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理

如圖所示：對輸入模擬電壓和基準電壓進行兩次積分，先對輸入模擬電壓進行積分，將其變換成與輸入模擬電壓成正比的時間間隔T1，再利用計數(shù)器測出此時間間隔，則計數(shù)器所計的數(shù)字量就正比于輸入的模擬電壓；接著對基準電壓進行同樣的處理。在常用的A/D轉(zhuǎn)換芯片（如ADC-0809、ICL7135、ICL7109等）中，ICL7135與其余幾種有所不同，它是一種四位半的雙積分

A/D轉(zhuǎn)換器，具有精度高（精度相當于14位二進制數(shù)）、價格低廉、抗干擾能力強等優(yōu)點。本文介紹用單片機并行方式采集ICL7135的數(shù)據(jù)以實現(xiàn)單片機溫度計和小型智能儀表的設(shè)計方案。

3.2.1 7135的應(yīng)用

7135是采用CMOS工藝制作的單片4位半A/D轉(zhuǎn)換器，其所轉(zhuǎn)換的數(shù)字值以多工掃描的方式輸出，只要附加譯碼器，數(shù)碼顯示器，驅(qū)動器及電阻電容等元件，就可組成一個滿量程為2V的數(shù)字溫度計。

3.3單片機部分

單片機選用的是ATMEL公司新推出的AT89S52，該芯片具有低功耗、高性能的特點，是采用CMOS工藝的8位單片機，與AT89C51完全兼容。AT89S52還有以下主要特點：

①采用了ATMEL公司的高密度、非易失性存儲器（NV-SRAM）技術(shù)；

②其片內(nèi)具有256字節(jié)RAM，8KB的可在線編程（ISP）FLASH存儲器；

③有2種低功耗節(jié)電工作方式：空閑模式和掉電模式

④片內(nèi)含有一個看門狗定時器（WDT），WDT包含一個14位計數(shù)器和看門狗定時器復(fù)位寄存器（WDTRST），只要對WDTRST按順序先寫入01EH，后寫入0E1H，WDT便啟動，當CPU由于擾動而使程序陷入死循環(huán)或“跑飛”狀態(tài)時，WDT即可有效地使系統(tǒng)復(fù)位，提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。

3.4液晶顯示部分

顯示接口用來顯示系統(tǒng)的狀態(tài)，命令或采集的電壓數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)顯示部分用的是LCD液晶模塊，采用一個16×1的字符型液晶顯示模塊，點陣圖形式液晶由 M 行×N 列個顯示單元組成，假設(shè) LCD 顯示屏有64行，每行有 128列，每 8列對應(yīng) 1 個字節(jié)的 8 個位，即每行由 16 字節(jié)，共 16×8=128個點組成，屏上 64×16 個顯示單元和顯示 RAM 區(qū) 1024 個字節(jié)相對應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。一個字符由 6×8 或 8×8點陣組成，即要找到和屏上某幾個位置對應(yīng)的顯示 RAM區(qū)的 8 個字節(jié)，并且要使每個字節(jié)的不同的位為‘1，其它的為‘0，為‘1的點亮，為‘0的點暗，這樣一來就組成某個字符。但對于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD 上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示 RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。

四、結(jié)論

電壓測量通過不同的接口電路可實現(xiàn)溫度、濕度、壓力等測量，廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。本電路設(shè)計別具一格，是一種高精度、低功耗、寬量程、智能化的溫度計?？蓴U展鍵盤、EEPROM、報警電路，實現(xiàn)電壓異常記錄、報警。