数显温度计的设计

1、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、科研、生活、提供更好

2、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，热敏电阻等），将温度的变化转换成电信号的变

3、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，能通过独立思考、查阅工具书、参考文献，寻找解决方案； 三设计要

4、求 1、基本测温范围：-50110 2、精度误差小于0.5 3、LED数码直读显示 1 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

5、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CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可编程的Flash只读程序存储器，兼容标准8051指令系统及引脚，并集成了 Flash 程序存储器，既可在线编程

6、(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。 2 AT89C52单片机引脚图： 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。上电复位就是VCC通过电阻R2

7、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。 3 复位电路图： 3、晶振电路的设计 单片机晶振电路的设计如图4.3所示。XTAL1（X1）为反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2(X2)是来自反向振荡器的输出。按照理论上AT89C52使用的是12MHz的晶振。 晶振电路图： 4、温度采集电路中DS18B20的简介与用法。 由于传统的热敏电阻等测温元件测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部元件支持，且硬件电路复杂，制作成本相对较高。这里采用DALLA

8、S公司的数字温度传感器DS18B20作为测温元件。 DALLAS 最新单线数字温度传感器DS18B20是一种新型的”一线器件”，其体积更小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。DALLAS 半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持”一线总线”接口的温度传感器。温度测 4 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

9、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：3.05.5

10、V，在寄生电源方式下可由数据线供电； 测温范围-55125，在-10+85时精度为0.5； 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0.5、0.25、0.125和0.0625，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

11、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/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 5 须接地。 DQ ：数据输

12、入/输出脚。漏极开路，常态下高电平。 GN ：为电源地 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0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。 5、温度传感器与单片机的连接 传感器与单片机的连接图 6 6、温度显示电路 显示电路采用共阳LED数码管，从P0口输出段码，列扫描用P1.2P1.5口来实现如图： 六调试 焊接、安装好电路后，该数显温度计需要经过调试方可正常使用。调试前，先

13、准备好0的冰水和100的沸水各1000ml。 7 调试步骤如下： (1) 将RP1调到最上端，使Vref为最高电压，把二极管测温探头置于0的冰水中，调节RP2，使四只LED数码管显示的读数为“00.0”。（ 设置电位器RP1和RP2，其中RP1用于调节沸点(100)；RP2用于调节冰点(0)） (2) 将二极管测温探头置于100的沸水中，调节RP1，使得四只LED数码管显示的读数为“100.0”。 经上述调试后，该数显温度计就可以正常工作了。 七设计总结体会 临近毕业之时，我觉得做课程实验设计是很有意义的，而且也是必要的。俗话说“以十分的准备迎接三分的工作并非浪费，而以三分的准备迎接十分的工作

14、将引发不可逆转的恶果”。在做这次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的实际资料是十分必要的，也是必不可少的。 通过这次实验的设计，我了解与本专业有关的各种知识，第一次亲身感受了所学知识与实际的应用，热敏元器件以及传感器的应用，电子技术在电子工业的应用，等等理论与实际的相结合，让我们大开眼界。在这次课程设计中，我们运用了所学的专业课知识，虽然过去我从未独立应用过他们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。 通过这次实验的设计，我深刻体会到要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用元器件有一个系统的了解，知道该如何应用下手；要有一个清晰的思路和一个完整的流程图；在设计实验时，不能妄想一次将整个实验设计好，反复修改、不断改进是实验设计的必经之路；要养成记录的好习惯，这样为资料的保留和交流提供了方便；在设计中遇到的问题要记录，以免下