单片机的数字温度计设计方案.pdf

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1、基于单片机的数字温度计设计引言随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低，但需后续信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，检测系统也有一定的误差。与传统的温度计相比，这里设计的数字温度计具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。选用AT89C51 型单片机作为主控制器件，DSl8B20 作为测温传感器通过4 位共阳极 LED 数码管串口传送数据，实现温度显示。通过DSl8B20 直接读取被测温度值，进行数据转换，该器件的物理化学性能稳定，线性度较好，在0

2、100最大线性偏差小于0.1。该器件可直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。另外，该温度计还能直接采用测温器件测量温度，从而简化数据传输与处理过程。2 系统硬件设计方案根据系统功能要求，构造图1 所示的系统原理结构框图。图 1 系统原理结构框图2.1单片机的选择AT89C51 作为温度测试系统设计的核心器件。该器件是INTEL 公司生产的 MCS 一 5l 系列单片机中的基础产品，采用了可靠的CMOS 工艺制造技术，具有高性能的8 位单片机，属于标准的MCS51的CMOS 产品。不仅结合了HMOS 的高速和高密度技术及CHMOS 的低功耗特征，而且继承和扩展了MCS48单片机的体系结

3、构和指令系统。单片机小系统的电路图如图2所示。432P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P00/AD039VCC40U2/18 图 2 单片机小系统电路AT89C51单片机的主要特性：(1与 MCS-51 兼容，4K 字节可编程闪烁存储器；(2灵活的在线系统编程，掉电标识和快速编程特性；(3寿命为 1000次写/擦周期，数据保留时间可10 年以上；(4全静态工作模式：0Hz-33Hz；(5三级程序存储器锁定；(6128*8 位内部 RAM，32可编程 I/O 线

4、；(7两个 16位定时器/计数器，6个中断源；(8全双工串行 UART 通道，低功耗的闲置和掉电模式；(9看门狗 片内振荡器和时钟电路；2.2 温度传感器介绍DS18B20可以程序设定 912位的分辨率，精度为 0.5 C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EPROM 中，掉电后依然保存。温度传感器 DS18B20引脚如图 3 所示。文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B

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11、 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X83/18 8 引脚封装TO92 封装图 3 温度传感器引脚功能说明：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。GND：为电源地DS18B20内部结构主要由四部分组成：64 位光刻

12、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。光刻 ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20 的地址序列码。64位光刻 ROM 的排列是：开始 8 位28H）是产品类型标号，接着的48位是该 DS18B20自身的序列号，最后8位是前面 56位的循环冗余校验码 CRC=X8+X5+X4+1）。光刻 ROM 的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20 的目的。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

13、表达，其中 S为符号位。这是 12位转化后得到的 12位数据，存储在 18B20 的两个 8 比特的 RAM 中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这 5位为 0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加1 再乘于 0.0625即可得到实际温度。例如+125的数字输出为 07D0H，+25.0625的数字输出为 0191H，-25.0625的数字输出为 FF6FH，-55的数字输出为FC90H。DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM 和一个非易失性的可电擦除的E2RAM,后者存放高温度和低温度

14、触发器TH、TL 和结构寄存器。暂存存储器包含了8 个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9

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21、HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X84/18 位，第二个字节是温度的高八位。第三个和第四个字节是TH、TL 的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第六、七、八个字节用于内部计算。第九个字节是冗余检验字节。该字节各位的意义如下：TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是 1，TM 是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20 出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和 R0用来设置分辨率，如表1 所示：与单片机的 P20 连接，P20 是单片机的高位地址线A8。P2端口是一个带内部上拉

22、电阻的8 位双向 IO，其输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流 4 个 TTL 逻辑门电路。对该端口写“1”，可通过内部上拉电阻将其端口拉至高电平，此时可作为输入口使用，这是因为内部存在上拉电阻，某一引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器时。如执行MOVX DPTR 指令，则表示 P2端口送出高 8位的地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器时，可执行MOVX RI 指令，P2端口内容即为特殊功能寄存器(SFR区中 R2 寄存器内容，整个访问期间不改变。在Flash编程和程序校验时，P2端口也接收高位地址和其他控制信号。图4 为 DSl8820 内

23、部结构。图 5 为 DSl8820 与单片机的接口电路。文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10

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30、 DS18B20 内部结构图图 5 DS18B20 和单片机的接口连接2.4 复位信号及外部复位电路单片机的P1.6 端口是 MAX813 看门狗电路中喂狗信号的输入端，即单片机每执行一次程序就设置一次喂狗信号，清零看门狗器件。若程序出现异常，单片机引脚RST 将出现两个机器周期以上的高电平，使其复位。该复位信号高电平有效，其有效时间应持续24 个振荡脉冲周期即两个机器周期以上。若使用频率为12 MHz 的晶体振荡器，则复位信号持续时间应超过2s 才完成复位操作。2.5 单片机与报警电路系统中的报警电路是由发光二极管和限流电阻组成，并与单片机的P1.2 端口连接。P1 端口的作用和接法与P2

31、端口相同，不同的是在Flash编程和程序校验期间，P1接收低 8 位地址数据。2.6 电源电路由于该系统需要稳定的5 V 电源，因此设计时必须采用能满足电压、电流和稳定性要求的电源。该电源采用三端集成稳压器LM7805。它仅有输入端、输出端及公共端3 个引脚，其内部设有过流保护、过热保护及调整管安全保护电路由于所需外接元件少，使用方便、可靠，因此可作为稳压电源。图6 为电源电路连接图。文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 H

32、U10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3

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34、 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R

35、3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4

36、R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N

37、4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10

38、N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X86/18 图 6电源电路连接图2.7 显示电路采用技术成熟的 74HCl64 实现串并转换。LED 显示分为静态显示和动态显示。这里采用静态显示，系统通过单片机的串行口来实现静态显示。串行口为方式零状态，即工作在移位寄存器方式，波特率为振荡频率的 1/12。当器件执行任何一条将SBU

39、F作为目的寄存器的命令时，数据便开始从RXD 端发送。在写信号有效时，相隔一个机器周期后发送控制端SEND 有效，即允许 RXD 发送数据，同时允许从TXD端输出移位脉冲。图7 为显示电路的连接图。文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3

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46、B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X87/18 图 7 显示电路的连接图2.8 看门狗电路系统中把 P1.6作为看门狗的“喂狗”信号；将 MAX813 的 RESET与单片机的复位信号RST连接。由于单片机每执行一次程序，就会给看门狗器件一个复位信号，这样也可以用手工方式实现复位。当按键按下时，SWSPST就会在 MAX813 引脚产生一个超过200 ms的低电平，其实看门狗器件在1.6 s时间内没有复位，使 7 引脚输出一个复位信号的作用是相同的，其连接图如图8 所示。文档编码:CG7E10Y10N4R3

47、 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R

48、3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4

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50、4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10N4R3 HU10B9J9M3W1 ZC8M6Z1U3X8文档编码:CG7E10Y10