数显温度计的设计

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1、设计性实验五 数显温度计的设计摘要：数显温度计可以准确的判断和测量温度 ,以数字显示， 而非指针或水银显示。故称数字温度计或数字温度表。此电路是用AT89C52单片机器件，并利用 DS18B20温度传感器和4位共阳极LED数码管动态扫描来完成温度显示。本文将介绍一 种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警 温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。一引言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，科研，各个 领域，已经成为一种比较成熟的技术，它所给人带来的方便也是不可否定的，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

2、、 科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字 化控制，智能化控制方向发展。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，测温范围广， 测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实 验室使用，此电路是用AT89C52单片机器件，并利用DS18B20温度传感器和4位共 阳极 LED 数码管动态扫描来完成温度显示。电路特点有体积小,灵敏度和精度高,很 适应很多对精度要求较高的场合 ,完成对设备及场地的温度控制 ,能有效的提高工作 人员对环境的变化的反应速度。数显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

3、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，这个电信号可 以使用模数转换的电路即AD转换电路将模拟信号转换为数字信号，数字信号再送给 处理单元，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，如25.0摄氏度，然后通过显示单元， 如 LED,LCD 或者电脑屏幕等显示出来给人观察。这样就完成了数字温度计的基本测 温功能。二设计目的系统地运用已学的理论知识解决实际问题的能力和查阅资料的能力。培养一定 的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力，能通过独

4、立思考、查阅工具书、参 考文献，寻找解决方案；三设计要求1、基本测温范围：-50C110C2、精度误差小于0.5C3、LED 数码直读显示四总体设计方案1、设计思路温度只要在所设定的上下温度界限内，就会在显示设备中精确的显示出来，如 果温度超过了所设定的温度界限，就发出报警声。能够及时向温度监控人员发出温 度超限信息。便于温控人员及时的调整与控制。另外此温度控制器操作简单，体积 小，灵敏度高，精度高。2、总体设计方框图：图 1 设计方框图方框图（如上所示）所示为数字温度控制器的单体设计方框图。其工作原理为： 当该电路上电工作以后，首先刷新显示（LED）,然后，温度传感器采集温度送单片 机检查温

5、度的高低，由单片机送出信号经过驱动电路送往显示电路或报警电路。数显温度计是一种电子产品，由感温元件来识别温度（如温度电阻，它会随温 度变化，阻值也会变化），模数转换电路（把阻值变化转变成电信号），识别放大 驱动显示屏发光，显示出温度。五单元模块设计1、AT89C52 的简介对于单片机的选择，可以考虑使用 8031 与 8051系列，由于 8031 没有内部 RAM， 系统又需要大量内存存储数据，因而不适用。所以，我们选用 51 系列单片机 AT89C52。 AT89C52是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CM0S8位单片机，片内含4kbytes 的可编程的Flash只读程序存储器，兼容标

6、准8051指令系统及引脚，并集成了 Flash 程序存储器，既可在线编程（ISP）,也可用传统方法进行编程，因此，低价位AT89C52 单片机可应用于许多高性价比的场合，可灵活应用于各种控制领域，对于简单的测 温系统已经足够。单片机 AT89C52 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。AT89C52 单片机引脚图：U1XTAL1XTAL2RSTPSEN ALE EAP1.0/T2 P1.1/T2EX P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD

7、2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXD P3.2/1NT0 P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WBP3.7/RDAT89C52单片机芯片AT89C52为40引脚双列直插式封装。2、复位电路的设计单片机复位电路的设计如下图所示。该复位电路采用手动复位与上电复位相结 合的方式。当按下按键时，VCC通过R2电阻给复位输入端口一个高电平，实现复位 功能，即手动复位。上电复位

8、就是VCC通过电阻R2和电容C构成回路，该回路是一 个对电容 C 充电和放电的电路，所以复位端口得到一个周期性变化的电压值，并且 有一定时间的电压值高于 CPU 复位电压，实现上电复位功能。复位电路图：U219:-:：:TA.L11E:：ThLZI3lFR23、晶振电路的设计FE：TP3B4ALE&H1 ； z p所示。内部时钟工作电路的输入XTAL2(X2)是来 使用的是12MHz的晶振。咼s晶振电路图:IC23t-FX112UHtzP DniHEC PCI .1.IH.D1 p nziH.DZ p 口邓匸曰 P 口 .t.iH.Dt P .!： P O.&ih.EEP .Tjh.DTpzh

9、iePZ.1JIS pzzchid pzatHji PZ.4-ih.1Z P2ih.13 PZ.&ih.U PZ.7ih.15P3 niH：DpiniTZP 1.1 iTZE：、XTAL1 (XI) 甲反向振荡器的输出。按P1P3mpijeP3jaWflP1.TP3.T/HDU219 X7XL1FETPB&I ALE &.壬 ZE 35王:J? Z2PI Z3P2 Z5P2 1D为反向振扌荡放大器的输入及照理论上AT89C524、温度采集电路中DS18B20的简介与用法。 16PDIKADD P 口 .1J(XD1 PDZJtXDZ P 环D3 P 口験 PDj(XDS PQjatRK PEL

10、TED? 3巧TiT1PHIIAZPZ.1 AB PZZXX1O PZ3XX11 PZ.*J(X1Z PZW.13 PZjfltXU PZ.7j(X1S由于传统的热敏电阻等测温元件测出的一般都是电压，再转亠杂;，制作成本相对较puwn需要比较多的外部元件支持，且硬件电路复 J 1DALLAS公司的数字温度传感器dS18b20:作为测温元件。P3DALLAS最新单线数字温度传感器DB20是一种新型的” 一线器 更小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。DALLAS半导体 温度传感器DS18B20是世界上第一片支持”一的温度，采用 1件”，其体积 公司的数字化 线总线”接口的温度传感器。温度

11、测量范围为-55+125摄氏度，可编程为9位12位转换精度，测温分辨率可达0.0625 摄氏度，分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在 EEPROM 中，掉电后依然保 存。被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可以在远端引 入，也可以采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU 只需一根端口线就能与诸多 DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量 的引线和逻辑电路。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线 可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。DS18B20 的性能特点如下： 独特的单线接口方式， DS18B20

12、在与微处理器连接时仅需要一条总线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯； DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组 网多点测温； DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电；测温范围-55C+ 125C，在-10+85C时精度为0.5C； 零待机功耗； 可编程的分辨率为 912 位，对应的可分辨温度分别为 0.5C、0.25C、0.125C和0.0625 C，可实现高精度测温；在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换

13、为数字，12位分辨率时最多在750ms 内把温度值转换为数字，速度更快； 用户可定义报警设置； 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力； 负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作以上特点使DS18B20非常适用与多点、远距离温度检测系统。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。DS18B20的管脚排列、各种封装形式如 图 4.4 所示。其中， DQ 为数据输入/

14、输出引脚，也可用作开漏单总线接口引脚，当 被用在寄生电源工作方式下，可以向器件提供电源；GND为地信号；VDD为可选择 的电源引脚，当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。其电路图如下图所示： 其中引脚功能说明：NC ：空引脚，悬空不使用；VDD :可选电源脚，电源电压范围35.5V。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。DQ ：数据输入/输出脚。漏极开路，常态下高电平GN ：为电源地BOTTOM VIEWDALLASDS1820GMDLDQ匚DS18B20TO-92NNNDSI8B20PTSOC1 8273645PACKAGENCNCVdoDQNCNCNCGN和DS18B20Z 8PINSOIC(150-MIU0 U111外部封装形式传感器电路图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。DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例:用16位符号 扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625C/LSB形式表达，其中S为符号位。