1、基于 AT89C51 与 DS18B20 的数字温度计设计杨涛（琼州学院 电子信息工程学院，海南，三亚 572022）摘要：本文介绍了一种以 AT89C51 为主要控制器件，以 DS18B20 为温度传感器的新型数字温度计设计方法，其硬件电路包括主控制器，测温电路和显示电路等。该温度计用于软件编写过程中对上下报警温度值设置，当温度不在设置范围内时，可以报警。与传统的温度计相比该数字温度计减少了外部硬件电路，具有低成本和易使用的特点。 关键字：温度计；传感器；控制器 1 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
2、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，DS18B20 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 DS18B20 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 0100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
3、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-51 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 MCS-51 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 MCS-48 单片机的体系结构和指令系统。 2.2 温度传感器与单片机的连接温度传感器的单总线（1-Wire）与单片机的 P2.0 连接，P2.0
4、 是单片机的高位地址线 A8。P2 端口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O，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 MOVXDPTR 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 MOVXRI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
5、校验时，P2 端口也接收高位地址和其他控制信号。图 2 为 DS18B20 内部结构。图 3 为 DS18B20 与单片机的接口电路。 图 2 DS18B20 内部结构图图 3 DS18B20 和单片机接口连接2.3 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 12MHz 的晶体振荡器，则复位信号持续时间应超过 2s
6、才完成复位操作。2.4 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 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。2.5 电源电路由于该系统需要稳定的 5V 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 4 为电源电路连接图。 图 4 电源电路连接图2.6 显示电路采用技
7、术成熟的 74HC164 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 SBUF 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 5 为显示电路的连接图。图 5 显示电路连接图2.7 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
8、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，SW-SPST 就会在 MAX813 引脚产生一个超过 200ms 的低电平,其实看门狗器件在 1.6s 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 6 所示。图 6 看门狗器件 MAX813 的连接图3 软件设计DS18B20 的主要数据元件有：64 位激光 LaseredROM，温度灵敏元件和非易失性温度告警触发器 TH 和 TL。DSB1820 可以从单总线获取电源，当信号线为高电平时，将能量贮存在内部电容器中；当单信号线为低电平时，将该电源断开，直到信号线变为
9、高电平重新接上寄生（电容）电源为止。此外，还可外接 5V电源，给 DS18B20 供电。DS18B20 的供电方式灵活，利用外接电源还可增加系统的稳定性和可靠性。图 7 为读取数据流程图。图 7 读取数据流程图读取 DS18B20 数据部分数据代码为：ReadOneChar(void)unsigned char i=0; Unsigned char dat=0; for(i=8;i0;i-) /8 次一个字节DQ=0;DQ=0; /脉冲信号Dat=1; /右移一位DQ=1 If(DQ)Dat1=OX80;Delay(4); /延迟Return(dat); /返回读取高温数据 4 数据测试将温度
10、传感器与冰水混合物接触,经过充分搅拌达到热平衡后调节系统,使显示读数为 0.00(标定 0)；利用气压计读出当时当地的大气压强,并根据大气压强和当地重力加速度计算出当时的实际压强；根据沸点与压强的关系查出沸点温度。把温度传感器放入沸水中,待显示读数稳定后重新调节，使显示器显示读数等于当地当时沸点温度后工作结束。该温度计的量程为-50150,读数精度为 0.1,实际使用一般在 0100。采用 050和 5 0100的精密水银温度计作检验标准,对设计的温度计进行测试，其结果表明能达到该精度要求。5 结语该温度测试系统不仅具有结构简单、体积小、价格低廉、精确度较高、反应速度较快、数字化显示和不易损坏
11、等特点，而且性能稳定，适用范围广，因此特别适用于对测温要求比较准确的场所。参考文献：1 传感器与检测技术第二版，徐科军主编，电子工业出版社的。2 单片机原理及应用电子工业出版社，林立，张俊亮，曹旭东，刘得军编著的。Based on the AT89C51DS18B20 digital thermometer designYangTao(College of Electronics and Information Engineering,Qiongzhou University,Sanya Hainan ， China)Abstract: This paper introduces a to A
12、T89C51 as the main control device, taking DS18B20 as the new digital thermometer temperature sensor design method, hardware circuit comprises a main controller, a temperature measurement circuit and display circuit. The thermometer is used for writing software process on the upper and lower temperat
13、ure alarm value setting, when the temperature is not in the set range, can alarm. Compared with the traditional thermometer the digital thermometer decrease of the external hardware circuit, with low cost and easy to use features.Keywords: thermometer sensor controller琼州学院本科生学年论文指导教师评定表姓名 杨涛 性别 男 学号 08406051013学院 电子信息工程学院 年级 2008 级 专业 电子信息科学与技术论文题目 基于 VHDL 语言的数字钟系统设计序号 评价内容 分数 序号 评价内容 分数1 准备过程的态度（10 分） 5 创新性（10 分）2 论文写作（设计）的态度（20 分） 6 综合能力（10 分）3 理论意义或现实意义（15 分） 7 写作水平（10 分）4 工作量与难度（15 分） 8 写作规范（10 分）总分评语：指导教师（签名）： 2011 年 6 月 30 日
