数字温度计设计

安阳师范学院本科学生毕业论文基于单片机的数字温度计设计

作者马克思

院（系）物理与电气工程学院

专业电气工程及其自动化

年级2011级

学号111102027

指导老师恩格斯

日期2015.5.1

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基于单片机的数字温度计设计

马克思

（安阳师范学院物理与电气工程学院河南安阳455000）

摘要：在这里基于AT89C51单片机的温度测量及控制系统的硬件结构以及C语言程序设计，选用单片机作为核心部件进行逻辑控制及信号的产生。用单片机本生的优势节约成本，使电路更简单。该系统设计和布线简单，结构紧凑，体积小，重量轻，抗干扰能力强，性价比高，扩展方便，在大型仓库，工厂，智能化建筑等领域的多点温度检测中有广阔的应用前景。

关键词：DS18B20；AT89C51；proteus软件；温度测量

1引言

温度的测量对人类日常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。近年来，温度检测领域发展迅速，并且随着数字技术的发展，温度的测控芯片也相应的登上历史的舞台，能够在工业、农业等各个领域中广泛使用。

1.1本课题的研究意义

温度的测量的关键之处是温度传感器，其往往决定着一个温度检测系统的性能。传统的温度检测以热敏电阻和AD590为温度敏感元件。热敏电阻虽成本低，但需信号处理电路，电路复杂，可靠性较低，测温准确度及抗干扰能力也有一定的不足。近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。新型的温度传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它提高了抗干扰能力和可靠性，而且使系统结构更简洁，维护方便，缩小了空间。单片机具有集成度高、功能强、体积小、价格低、抗干扰能力等优于一般CPU的优点，因此往往采用单片机作为数字控制器取代模拟控制器。

1.2 本课题的基本内容，提出解决问题的方法和措施

数字温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器（如铂电阻，热电偶，半导体，热敏电阻等），将温度的变化转换成电信号的变化，如电压和电流的变化，温度变化和电信号的变化有一定的关系，如线性关系，一定的曲线关系等，将电信号转换成数字信号。如单片机或者PC机等，处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来，成为可以显示出来的温度数值。

该系统利用AT89C52芯片控制温度传感器DS18B20进行时温度检测并显示，能够实现快速检测环境温度。

可能遇到的问题及注意事项：

(1)较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。

(2)在DS18B20的有关资料中均未提及单总线上所挂DS18B20数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS18B20，在实际应用中并非如此。

(3)连接DS18B20的总线电缆是有长度限制的。

(4)在DS18B20测温程序设计中，向DS18B20发出温度转换命令后，程序总要等

待DS1820的返回信号，一旦某一个DS18B20接触不好或断线，当程序读该DS18B20时，将没有返回信号，程序进入死循环。

1.3本课题拟采用的研究手段（途径）和可行性分析

DS18B20采用单总线的接口方式与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。经济性好，抗干扰能力强，适用于恶劣的环境现场温度测量，使用方便。同事测量温度范围宽，在使用中不需要任何外围元件体积更小，可以选用更小的封装方式完成。

2 方案设计

2.1总体初步方案

采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理和

控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性质稳定，它温

用作工业测温元件，此元件线性较好。在0-100摄氏度时，最大线性偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一是采用了单总数的数据传输，由数字温度计DS18B20

和微控制器AT89C51构成温度测量装置，它直接输出温度的数字信号，可直接和计

算机连接。这样温度系统的结构就比较简单，体积也不大。采用51单片机控制软件

编程的自由度大，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。

该系统利用AT89C51芯片控制温度传感器DS18B20进行温度的实时检测并显

示，能够实现快速测量环境温度。

硬件以微控制器为核心，外接时钟电路、复位电路、温度测量电路、LED显示

电路组成。硬件设计方案如图1所示。

图2.1 系统硬件框图

2.2 方案设计与分析

2.2.1 微处理器

单片机AT89C2051具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。

AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。

AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。