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基于AT89C51单片机的数字温度计设计①

作者：徐 敏

来源：《数字技术与应用》2009年第12期

[摘 要]设计一种基于AT89C51单片机的数字温度计,详细阐述了单片机、显示电路、DS18B20传感器芯片的功能。该数字温度计充分利用AT89C51单片机的特点,具有参数测量准确、操作方便、电路简单、安全可靠等特点,可广泛应用于自动温度测量。 [关键词]AT89C51单片机 数字温度计 DS18B20传感器芯片 自动温度测量 [中图分类号]TP368.1 [文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2009)12-0007-03

[Abstract] Design a kind of digital thermometer based on ultralow AT89C51 single chip.Illustrate the function of the single chip,display circuit,DS18B20 sensor chip.The digital thermometer takes advantage of the characteristics of AT89C51 single chip. It has following characteristics,such as exact parameter measure,convenient operation,simple design,safe and reliable,so it can be widely used to automatic temperature measurement.

[Key words] AT89C51;single chip; digital thermometer; DS18B20; sensor chip; automatic temperature measurement

在冶金、石油、化工、机械制造和国防等行业中,往往需要测量-200℃～1000℃气体、液体等环境中的温度。以前一般采用玻璃液体温度计、双金属温度计、压力式温度计、热电偶、热电阻和非接触式温度计等进行温度测量。其中热电偶的温度测量范围较宽,它无需使用驱动电源即可直接产生电压信号,该信号既可用直流测量仪器(如电位差计、数字电压表、毫伏计等)读取,以通过热电偶温度特性分度表查出对应的温度;也可以用线性校正电路将小信号电压放大后,通过显示仪表的刻度读数。在某些输油、输气管道应用中,往往要求对温度进行长时间监测,且要求能够快速准确地读数。此时,上述各类温度计则难以胜任。而如果将热电偶产生的热电动势转换成数字信号后由单片机进行数据处理,并通过数码管来显示其温度结果,这种方法反应迅速,测量精度高,功耗小,显示直观。因此,由热电偶、A/D转换电路、单片机和数码管组成的数字式低功耗高精度温度计可以代替许多温度计来完成特殊情况下的温度测控工作,且便于实现小型化设计。

1 数字温度计的工作原理

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数字温度计的工作原理如图1所示。输油、输气管道中的温度由传感器输出与温度值相对应的电流值,该电流值经过I/V转换电路得到电压值,最后经过A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号送入单片机[1]。单片机对采样值进行数字处理后驱动显示电路显示出采集到的温度值。对于图1中的传感器、I/V转换电路、A/D转换电路这三部分的功能可以用美国达拉斯(DALLAS)公司的单线数字温度传感器芯片DS18B20来实现。

2 硬件电路设计

为了满足用户的需要,能够进行简单便捷的操作,同时还要兼顾体积小、耗电少、精度高的要求,使系统具有抗干扰能力强的特点。硬件电路设计中尽可能选用功耗小、性能稳定的集成电路。系统由3个模块组成:微处理器、显示电路及测温电路。

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2.1 微处理器AT89C51

微处理器AT89C51是数字温度计的主要部件之一,它完成传感器功能设定、测量对象的选择、信号处理存储、状态信息的显示、输出等功能。相对于AT89系列单片机,选择通用性强、功耗小、性能良好的8位AT89C51微处理器芯片,它与MCS-51兼容,具有4KB的FLASH存储空间、128×8位内部RAM、32个可编程I/O线、低功耗的闲置和掉电模式、两个16位定时器/计数器、5个中断源和可编程串行通道等特点,大大简化了电路的设计[2]。 2.2 显示电路