基于51单片机的数字温度计设计19874

题目：基于51单片机的数字温度计设计

学生姓名：杨宝

班级：自动化083班

学号：20084460318

指导老师：李兰君，唐耀庚

2011年12月26日

基于51单片机的数字温度计设计

摘要：随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作的方方面面。单片机已经走进了我们的生活，并有了不可替代的地位。而在工业五大基

本参数中，温度的测量尤其广泛，可见精确的温度对于工业发展来看有多大的作用。本文将介绍一种基于单片机的简单数字温度计，本温度计可以毕竟精确地测量并显示温度，并实现上下限的报警功能。

关键字：AT89C2051单片机 DS18B20 温度测量报警

正文：

第一章绪论

温度计这个词对于我们来说应该都算是家喻户晓了，即使在我们孩提时，温度计也是屡见不鲜。那时候我们见得最多的就当体温计了，每次感冒生病了，量体温是必不可少的，再后来我们又见到了气温计等一系列的温度计。但是，这些温度计总的来说都是模拟的，在数字化越来越普及的当代，数字产品的有点已被我们没个人知晓。和传统的温度计相比，数字温度计具有读数方便，测温范围广，测温准确等优点。在一些需要对温度有准确测量的场所，数字温度计有传统温度计无法替代的作用。在社会发展的方向来看，数字式仪表也是科技发展的潮流。该设计是以AT89C2051单片机为控制器，DS18B20为温度传感器，三位共阴极LED 数码管为显示单元，发光二极管当报警装置的数字温度计，基本能够满足实际使用的需要。

目前的智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的，它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶，特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)。社会的发展使人们对传感器的要求也越来越高，现在的温度传感器正在基于单片机的基础上从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展，并朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展，本文将介绍智能集成温度传感器DS18B20的结构特征及控制方法，并对以此传感器，89C51单片机为控制器构成的数字温度测量装置的工作原理及程序设计作了详细的介绍。和传统的温度计相比，其具有读数方便，测温范围广，测温准确，输出温度采用数字显示，主要用于对测温要求比较准确的场所，或科研实验室使用。该设计控制器使用ATMEL公司的AT89C51

单片机，测温传感器使用DALLAS公司DS18B20，用液晶来实现温度显示。

第二章总体设计方案

2.1 设计方案

方案的选择主要在于温度检测方面的选择，其它方面基本上都差不多。

2.1.1 方案一

设计一个测温电路，包括温度传感器，温度变送器，A/D转换电路。具体流程为温度传感器测量温度信号，经过温度变送器变换为电流信号，再通过A/D转换器转换为数字信号进入单片机进行处理，再在数码管上显示。

采用热电偶温差电路测温，温度检测部分可以使用低温热偶，热电偶由两个焊接在一起的异金属导线所组成（热电偶的构成如图 2.1），热电偶产生的热电势由两种金属的接触电势和单一导体的温差电势组成。通过将参考结点保持在已知温度并测量该电压，便可推断出检测结点的温度。数据采集部分则使用带有A/D 通道的单片机，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。热电偶的优点是工作温度范围非常宽，且体积小，但是它们也存在着输出电压小、容易遭受来自导线环路的噪声影响以及漂移较高的缺点，并且这种设计需要用到A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。

图 2.1热电偶电路图

2.1.2 方案二

温度测量上使用集成芯片DS18B20，实现温度测量并输出数字信号，由单片机接收。该系统利用AT89C51芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。该系统扩展性非常强，它可以在设计中加入时钟芯片DS1302以获取时间数据，在数据处理同时显示时间，并可以利用AT24C16芯片作为存储器件，以此来对某些时间点的温度数据进行存储，利用键盘来进行调时和温度查询，获得的数据可以通过MAX232芯片和计算机的RS232接口进行串口通信，方便的采集和整理时间温度数

据。

系统框图如图 2-1-2所示

图 2-1-2 DS18B20温度测温系统框图

2.1.3 方案选择

根据上述两种方案的设计思路可以看出来方案二更加容易实现和操作，而且电路相对简单，软件设计也比较简单，所以应选择方案二。

第三章系统的硬件设计

根据经验硬件设计思路而得系统的硬件应由一系列的模块组成，根据本设计可以把此数字温度计分解成以下5个基本模块：温度采集模块、数值显示模块、报警模块、单片机模块、外存模块，系统框图如图3.1所示。

图3.1 系统模块框图

3.1 温度采集模块

温度测量模块是选用集成芯片DS18B20作为温度的测量和変送，输出信号为数字信号。DS18B20采用单总线的数据传输，可以直接通过一个I/O口向单片机接收设置信号和向单片机发送温度的测量值。

3.1.1 DS18B20的结构

DS18B20有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样等特点。本设计采用的封装为PR-35,其引脚图如3-1-1-1。由图所示，DS18B20只有三个引脚，两边的引脚为电源的正于地，中间的信号引脚可以直接于单片机的I/O相连，这就大大简化了温度测量模块的硬件电路。从图3-1-1-2我们可以看出DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH 和TL、配置寄存器。

图3-1-1-1 DS18B20引脚图图3-1-1-2 DS18B20内部结构图

3-1-2 DS18B20的工作步骤

根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：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，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右，后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。

3-1-3 DS18B20于单片机的硬件连接

因为DS18B20可以于单片机直接连接，所以连接的硬件电路图非常简单，硬件电路如图3-1-3-1所示。

图3-1-3-1 DS18B20于单片机的硬件连接图