1、数字温度计论文数字温度计设计论文基于 AT89C2051 的数字温度计设计摘 要:利用单片机 AT89C2051 作为控制器,以及用改进型智能温度传感器DS18B20 作为温度采集器,设计了一款数字温度计。该数字温度计能够测出-55+125 之间的温度,与传统的温度计相比,具有读数方便、测温范围广、测温准确等特点,适合日常生活、工业生产和科学研究等领域对温度测量的需要。 关键词:温度测量; DS18B20; AT89C2051; 数字温度计 Design of Digital Thermometer Based on AT89C2051 ZHOU Xue-jun (College of Phy
2、sical and Electronic Information, Yanan University, Yanan 716000, China) Abstract: A digital thermometer was designed with AT89C2051 MCU as controller and improved intelligent temperature sensor DS18B20 as temperature collector. The temperature between -55+125 can be measured by this digital thermo-
3、meter. Compared with the traditional thermometer, this digital thermometer has features of convenient reading, wide range temperature measurement, accurate temperature measurement and so on, it is suitable for the requirement of temperature measurement in daily life, industrial production and scient
4、ific research fields. Keywords: temperature measurement; DS18B20; AT89C2051; digital thermometer 收稿日期:2010-04-09 单片机控制已成为今天电子设计追求的目标之一1-5,本文将这种控制技术应用于温度测量中。AT89C2051 是美国 Atmel 公司生产的低电压、高性能CMOS 8 位单片机6-7,片内含有 2 KB 的反复擦写的只读程序存储器和 128 B的随机存取数据存储器(RAM)。美国 DALLAS 半导体公司生产的 DS18B20 型单线智能温度传感器,属于新一代适配微处理器的智
5、能传感器8-9。数字温度计是以 DS18B20 为检测元件,由 AT89C2051 作为主控制器的温度计,具有功耗低、结构简单、读数方便、测温范围广、测温准确的特点。 1 电路构成及工作原理 1.1 硬件设计 由 AT89C2051 构成的温度计主要由三部分组成:DS18B20 温度传感器、单片机 AT89C2051、由 LED 数码管构成的显示模块。其系统原理框图如图 1 所示。DS18B20 作为单片机 AT89C2051 的外部信号源,把所采集到的温度转换为数字信号,通过 I/O 接口传给 2051,2051 启动 ROM 内的控制程序驱动 LED 数码管,通过 I/O 接口和数据线(单
6、片机和数码管的接口)把数据传送给数码管,将采集到的温度显示出来。 图 1 温度计原理框图 1.2 总电路图 基于 AT89C2051 的温度测量系统电路图把温度转化成带符号的数字信号(以十六位补码形式,占两个字节),若采用带屏蔽的双绞电缆线,连线的长度可以达到 150 m,输出脚 I/O 直接与单片机的 P3.4 相连,R1 为上拉电阻,传感器采用外部电源供电。AT89C2051 是整个系统的核心部分,内含 2 KB 的 FLASH ROM,用户程序存放在这里。显示器模块由四位一体的共阳数码管和四个 9012 组成。系统程序分传感器控制程序和显示器程序两部分,传感器控制程序是按照DS18B20
7、 的通信协议编制。系统的工作是在程序控制下,完成对传感器的读写和对温度的显示。 产品的主要技术指标:测量范围: -55+125 , 测量精度:0.5 ;反应时间小于等于 500 ms。 2 软件设计 2.1 采集模块 该模块选用单线温度传感器 DS18B20 完成温度采集。单片机 AT89C51 对DS18B20 访问流程如下:先对 DS18B20 初始化,再进行 ROM 操作命令,最后才能对存储器操作。DS18B20 每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。根据 DS18B20 的通讯协议,需经三个步骤:每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位,复位成功后发送一条 ROM 指令(指
8、令代码 CCH)并置标志位,根据标志位来判断是否初始化成功,最后发送 RAM 指令(指令代码 44H)DS18B20 开始转换,再读出温度转换值(指令代码 BEH),读取的温度值高位字节送 27H 单元,低位字节送26H 单元,再按照温度值字节的表示格式及其符号位,经过简单的变换即可得到实际温度值。 图 2 基于 AT89C2051 的温度计 2.2 主处理模块 主处理模块主要是将各个模块进行协调处理以实现数据交互。主处理模块首先完成初始化工作,初始化后进入循环处理,在循环过程中获得采集模块的数据,并将数据进行处理,根据处理后的结果进行显示。主处理的流程图如图 3 所示。 图 3 主处理流程图
9、 2.3 显示模块 采用动态扫描的方法,其中 P30,P31,P32,P33 控制位选,P1 控制段选。由 P30,P31,P32,P33 向各位轮流输出扫描信号,使每一瞬间只有一个数码管被选通,然后由 P1 送入该位所要显示的字形码,点亮该位字形段显示的字形。在 P1 送出的码段和 P30,P31,P32,P33 送出的位段的配合控制下,使各个数码管轮流点亮显示各自的字形。 3 结 语 该设计测温传感器采用改进型智能温度传感器 DS18B20,测温范围为-55+125 ,最大分辨率可达 0062 5 ,可以直接读出被测温度值,而且采用单线制与单片机相连,减少了外部的硬件电路,同时可直接将温度
10、转化成串行数字信号供微机处理。 参考文献 1彭为,黄科,雷道仲.单片机系统设计实例精讲M.北京:电子工业出版社,2006. 2余锡存,曹国华.单片机原理及接口技术M .西安:西安电子科技大学出版社,2000. 3刘畅生,史俊杰.新型集成电路简明手册及典型应用(下册)M .西安:西安电子科技大学出版社,2005. 4沙占友,孟志永,王彦明.单片机外围电路设计M.北京:电子工业出版社,2006. 5任家才.单片机实验与实践M.北京:高等教育出版社,2006. 6郑敏,杨坤涛.用 AT89C2051 自身接口实现温度检测数码管动态显示和键盘扫描J.安徽科技学院学报,2006,20(1):18-21. 7吕宏强.基于 DS1620 和 AT89C2051 的数字温度计J.现代电子技术,2003,26(6):81-86. 8王明慧.数字温度传感器 DS18B20 在化学工业现场温度检测中的应用J.计算机与化学应用,2007,24(9):1249-1251. 9江世明,刘先任.基于 DS18B20 的智能温度测量装置J.邵阳学院学报:自然科学版,2004,1(4):28-29. 10党丰,王敬农,高国旺.基于 DS18B20 的数字式温度计的实现J.应用实践,2007(3):10-11.
