基于AT89C2051的數字溫度計設計

摘 要:利用單片機AT89C2051作為控制器，以及用改進型智能溫度傳感器DS18B20作為溫度采集器，設計了一款數字溫度計。該數字溫度計能夠測出-55～+125 ℃之間的溫度，與傳統的溫度計相比，具有讀數方便、測溫范圍廣、測溫準確等特點，適合日常生活、工業生產和科學研究等領域對溫度測量的需要。

關鍵詞:溫度測量; DS18B20; AT89C2051; 數字溫度計

中圖分類號:TP271+.5文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)17-0164-02

Design of Digital Thermometer Based on AT89C2051

ZHOU Xue-jun

(College of Physical and Electronic Information， Yan’an University， Yan’an 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-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 scientific research fields.

Keywords: temperature measurement; DS18B20; AT89C2051; digital thermometer

收稿日期:2010-04-09

單片機控制已成為今天電子設計追求的目標之一[1-5]，本文將這種控制技術應用于溫度測量中。AT89C2051是美國Atmel公司生產的低電壓、高性能CMOS 8位單片機[6-7]，片內含有2 KB的反復擦寫的只讀程序存儲器和128 B的隨機存取數據存儲器(RAM)。美國DALLAS半導體公司生產的DS18B20型單線智能溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能傳感器[8-9]。數字溫度計是以DS18B20為檢測元件，由AT89C2051作為主控制器的溫度計，具有功耗低、結構簡單、讀數方便、測溫范圍廣、測溫準確的特點。

1 電路構成及工作原理

1.1 硬件設計

由 AT89C2051構成的溫度計主要由三部分組成:DS18B20溫度傳感器、單片機AT89C2051、由LED數碼管構成的顯示模塊。其系統原理框圖如圖1所示。DS18B20作為單片機AT89C2051的外部信號源，把所采集到的溫度轉換為數字信號，通過I/O接口傳給2051，2051啟動ROM內的控制程序驅動LED數碼管，通過I/O接口和數據線(單片機和數碼管的接口)把數據傳送給數碼管，將采集到的溫度顯示出來。

圖1 溫度計原理框圖

1.2 總電路圖

基于AT89C2051的溫度測量系統電路圖把溫度轉化成帶符號的數字信號(以十六位補碼形式，占兩個字節)，若采用帶屏蔽的雙絞電纜線，連線的長度可以達到150 m，輸出腳I/O直接與單片機的P3.4相連，R1為上拉電阻，傳感器采用外部電源供電。AT89C2051是整個系統的核心部分，內含2 KB的FLASH ROM，用戶程序存放在這里。顯示器模塊由四位一體的共陽數碼管和四個9012組成。系統程序分傳感器控制程序和顯示器程序兩部分，傳感器控制程序是按照DS18B20的通信協議編制。系統的工作是在程序控制下，完成對傳感器的讀寫和對溫度的顯示。

產品的主要技術指標:測量范圍: -55～+125 ℃，測量精度:0.5 ℃;反應時間小于等于500 ms。

2 軟件設計

2.1 采集模塊

該模塊選用單線溫度傳感器DS18B20完成溫度采集。單片機AT89C51對DS18B20訪問流程如下:先對DS18B20初始化，再進行ROM操作命令，最后才能對存儲器操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協議。根據DS18B20的通訊協議，需經三個步驟:每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發送一條ROM指令(指令代碼CCH)并置標志位，根據標志位來判斷是否初始化成功，最后發送RAM指令(指令代碼44H)DS18B20開始轉換，再讀出溫度轉換值(指令代碼BEH)，讀取的溫度值高位字節送27H單元，低位字節送26H單元，再按照溫度值字節的表示格式及其符號位，經過簡單的變換即可得到實際溫度值。

圖2 基于AT89C2051的溫度計

2.2 主處理模塊

主處理模塊主要是將各個模塊進行協調處理以實現數據交互。主處理模塊首先完成初始化工作，初始化后進入循環處理，在循環過程中獲得采集模塊的數據，并將數據進行處理，根據處理后的結果進行顯示。主處理的流程圖如圖3所示。

圖3 主處理流程圖

2.3 顯示模塊

采用動態掃描的方法，其中P30，P31，P32，P33控制位選，P1控制段選。由P30，P31，P32，P33向各位輪流輸出掃描信號，使每一瞬間只有一個數碼管被選通，然后由P1送入該位所要顯示的字形碼，點亮該位字形段顯示的字形。在P1送出的碼段和P30，P31，P32，P33送出的位段的配合控制下，使各個數碼管輪流點亮顯示各自的字形。

3 結 語

該設計測溫傳感器采用改進型智能溫度傳感器DS18B20，測溫范圍為-55～+125 ℃，最大分辨率可達0062 5 ℃，可以直接讀出被測溫度值，而且采用單線制與單片機相連，減少了外部的硬件電路，同時可直接將溫度轉化成串行數字信號供微機處理。

參考文獻

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