隨著人們生活水平的不斷提高，單片機控制無疑是人們追求的目標之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設施就需要從數(shù)單片機技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。

1 總體設計框圖

溫度計電路設計總體設計方框圖如圖1所示，控制器采用單片機AT89S52，溫度傳感器采用DS18B20，用4位LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)溫度顯示。

1.1 系統(tǒng)硬件設計

硬件電路由四部分組成：溫度數(shù)據(jù)采集部分，即時溫度顯示驅(qū)動部分，溫度數(shù)據(jù)存儲部分和上位PC機數(shù)據(jù)處理部分。整個硬件設計原理圖如圖2所示。

圖2硬件原理方框圖

圖3 AT89S52單片機最小系統(tǒng)

AT89S52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。

2 溫度數(shù)據(jù)采集部分

DS18B20是智能型的數(shù)字溫度傳感器，以單總線方式通信。其數(shù)據(jù)線與單片機的P1．1相連接。當?shù)竭_采樣時間時，由單片機發(fā)出讀溫度信號，通過單片 機AT89C51的P1．1口和DS18B20的I／O口相連，按照DS18B20的時序要求，發(fā)出相應的讀、寫命令。

2.1 主控制器

單片機AT89S52具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。

2.2 顯示電路

顯示電路采用4位共陽LED數(shù)碼管，從P3口RXD，TXD串口輸出段碼。

2.3 溫度傳感器

圖4 DS 18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)９～１２位的數(shù)字值讀數(shù)方式。

3 DS18B20的測溫原理

圖5 DS18B20 的內(nèi)部測溫電路圖

DS18B20的測溫原理如圖2所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量。

4 DS18B20與單片機的典型接口設計

以MCS51單片機為例，圖3中采用寄生電源供電方式， P1?1口接單線總線為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET管和89C51的P1?0來完成對總線的上拉。

編輯點評：本設計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用，該設計控制器使用單片機AT89S52，測溫傳感器使用DS18B20，用3位共陽極LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)溫度顯示，能準確達到以上要求。
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