数字温度计显示设计

数字温度计显示设计

摘要：随着现代化信息技术的飞速发展，单片机技术已经十分普及，在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为核心部件来使用。

本论文介绍了一种以单片机AT89S52为主要控制器件，以DS18B20为温度传感器通过LED屏传送数据，实现温度显示的新型数字温度计。该数字温度计的测量围为-10～120℃，显示分辨率为0.1℃，误差≤±0.10℃。由于采用了温度传感器DS18B20作为检测元件，与传统的温度计相比，本文设计的数字温度计减少了外部的硬件电路，具有读数方便，测温围广，测温精确，数字显示，适用围宽等特点。DS18B20温度计还可以在高温报警、远距离多点测温控制等方面进行应用开发。该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于各种环境下进行现场温度测量，可广泛应用于工业控温系统、温度计、消费产品以及其它温度测控系统。

关键词：单片机AT89S52；温度传感器DS18B20；LED显示屏等。

1 引言

随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，人们在生产过程中会越来越关注精密而实用的仪器，能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域。其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活等提供更好更方便快捷的设施就需要从单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。

1.1研究背景

目前温度计的发展很快，从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等，温度计中传感器是它的重要组成部分，它的精度、灵敏度基本决定了温度计的精度、测量围、控制围和用途等。传感器应用极其广泛，目前已经研制出多种新型传感器。

传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低，但需后续信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，检测系统也有一定的误差。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温围广，测温精确，数字显示，适用围宽等特点，主要用于对测温比较准确的场所或科研实

验室使用，可广泛用用于工业控温系统、温度计、消费产品以及其它温度测控系统。目前，该产品已在温控系统中得到了广泛使用。

因此本设计就尝试通过编程与芯片的结合来解决传统数字温度计的弊端，设计出新型数字温度计。

1.2研究现状

温度传感器的发展现状：温度传感器使用围广，数量多，居各种传感器之首，其发展大致经历了以下3个阶段：

1、传统的分立式温度传感器（含敏感元件）——热电偶传感器,主要是能够进行非电量和电量之间转换。

2、模拟集成温度传感器/控制器，集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。

3、智能温度传感器。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE_）的结晶。智能温度传感器部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。

2 总体设计方案

2.1设计思路

本设计是一个基于单片机AT89S51的数字温度计和温度传感器DS18B20的设计，用来测量环境温度，测量围为-10～120℃，显示分辨率为0.1℃，误差≤±0.5℃.整个设计系统主要包括硬件电路的设计和系统软件的设计。硬件电路主要包括主控制器，测温电路和显示电路等。主控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20来实现环境温度的采集和A/D转换，同时因其输出为数字形式，且为串行输出，这就方便了单片机进行数据处理，但同时也对编程提出了更高的要求。单片机把采集到的温度进行相应的转换后，显示电路采用LED显示器以动态扫描法直读显示。系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，写入温度子程序等。

2.2总体设计框图

本系统采用单片机作为微控制器，如图2.1。单片机用AT89S51、温度传感器用DS18B20，采用12MHZ晶振，电源采用5V。该电路经过设计分析、绘图、仿真调试、制板、焊接等工作后温度计成形。

采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，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很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89S51构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,

可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。采用52单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。

图2.1 总体设计框图

2.3所用主要元器件

单片机AT89S51一个，温度传感器DS18B20一个，12MHz晶振一个，LED显示屏一个，电源一个，排阻一个，USB一个，电阻电容及导线若干。

3 硬件设计

3.1 单片机的选择

AT89S51作为温度测试系统设计的核心器件。该器件是INTEL公司生产的MCS 一5l系列单片机中的基础产品，采是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 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，片置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89S51单片机在电子行业中有着广泛的应用。单片机小系统的电路图如图3-1-1所示。

图3.1 单片机小系统电路

3.1.1 AT89S51单片机的主要特性：

（1）兼容MCS-51指令系统，4K字节可编程闪烁存储器；

（2）8k可反复擦写(大于1000次）Flash ROM；

（3）寿命为1000次写/擦周期，数据保留时间可10年以上；

（4）全静态工作模式：0Hz-33Hz；

（5）三级程序存储器锁定；

（6）128*8位部RAM，32可编程I/O线；

（7）两个16位定时器/计数器，6个中断源；

（8）全双工串行UART通道，低功耗的闲置和掉电模式；

（9）低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；

(10）有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。

3.1.2 引脚功能及管脚电压