基于AT89C51/DSl8820的數字溫度計設計

1 引言
??? 隨著現代信息技術的飛速發展和傳統工業改造的逐步實現．能夠獨立工作的溫度檢測和顯示系統應用于諸多領域。傳統的溫度檢測以熱敏電阻為溫度敏感元件。熱敏電阻的成本低，但需后續信號處理電路，而且可靠性相對較差，測溫準確度低，檢測系統也有一定的誤差。與傳統的溫度計相比，這里設計的數字溫度計具有讀數方便，測溫范圍廣，測溫精確，數字顯示，適用范圍寬等特點。選用AT89C51型單片機作為主控制器件，DSl8820作為測溫傳感器通過4位共陽極LED數碼管串口傳送數據，實現溫度顯示。通過DSl8820直接讀取被測溫度值，進行數據轉換，該器件的物理化學性能穩定，線性度較好，在O℃~100℃最大線性偏差小于0．1℃。該器件可直接向單片機傳輸數字信號，便于單片機處理及控制。另外，該溫度計還能直接采用測溫器件測量溫度，從而簡化數據傳輸與處理過程。

2 系統硬件設計方案
??? 根據系統功能要求，構造圖1所示的系統原理結構框圖。

2．1 單片機的選擇
??? AT89C51作為溫度測試系統設計的核心器件。該器件是INTEL公司生產的MCS一5l系列單片機中的基礎產品，采用了可靠的CMOS工藝制造技術，具有高性能的8位單片機，屬于標準的MCS一51的CMOS產品。不僅結合了HMOS的高速和高密度技術及CHMOS的低功耗特征，而且繼承和擴展了MCS一48單片機的體系結構和指令系統。
2．2 溫度傳感器與單片機的連接
??? 溫度傳感器的單總線(1-Wire)與單片機的P2．0連接，P2．0是單片機的高位地址線A8。P2端口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I／O，其輸出緩沖級可驅動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對該端口寫“1”，可通過內部上拉電阻將其端口拉至高電平，此時可作為輸入口使用，這是因為內部存在上拉電阻，某一引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數據存儲器時。如執行MOVX DPTR指令，則表示P2端口送出高8位的地址數據。在訪問8位地址的外部數據存儲器時，可執行MOVX RI指令，P2端口內容即為特殊功能寄存器(SFR)區中R2寄存器內容，整個訪問期間不改變。在Flash編程和程序校驗時，P2端口也接收高位地址和其他控制信號。圖2為DSl8820內部結構。圖3為DSl8820與單片機的接口電路。

2．3 復位信號及外部復位電路
??? 單片機的P1．6端口是MAX813看門狗電路中喂狗信號的輸入端，即單片機每執行一次程序就設置一次喂狗信號，清零看門狗器件。若程序出現異常，單片機引腳RST將出現兩個機器周期以上的高電平，使其復位。該復位信號高電平有效，其有效時間應持續24個振蕩脈沖周期即兩個機器周期以上。若使用頻率為12 MHz的晶體振蕩器，則復位信號持續時間應超過2μs才完成復位操作。
2．4 單片機與報警電路
??? 系統中的報警電路是由發光二極管和限流電阻組成，并與單片機的P1.2端口連接。P1端口的作用和接法與P2端口相同，不同的是在Flash編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址數據。
2．5 電源電路
??? 由于該系統需要穩定的5 V電源，因此設計時必須采用能滿足電壓、電流和穩定性要求的電源。該電源采用三端集成穩壓器LM7805。它僅有輸入端、輸出端及公共端3個引腳，其內部設有過流保護、過熱保護及調整管安全保護電路．由于所需外接元件少，使用方便、可靠，因此可作為穩壓電源。圖4為電源電路連接圖。

2．6 顯示電路
??? 采用技術成熟的74HCl64實現串并轉換。LED顯示分為靜態顯示和動態顯示。這里采用靜態顯示，系統通過單片機的串行口來實現靜態顯示。串行口為方式零狀態，即工作在移位寄存器方式，波特率為振蕩頻率的1／12。當器件執行任何一條將SBUF作為目的寄存器的命令時，數據便開始從RXD端發送。在寫信號有效時，相隔一個機器周期后發送控制端SEND有效，即允許RXD發送數據，同時允許從TXD端輸出移位脈沖。圖5為顯示電路的連接圖。

2．7 看門狗電路
??? 系統中把P1．6作為看門狗的“喂狗”信號；將MAX813的RESET與單片機的復位信號RST連接。由于單片機每執行一次程序，就會給看門狗器件一個復位信號，這樣也可以用手工方式實現復位。當按鍵按下時，SW—SPST就會在MAX813引腳產生一個超過200 ms的低電平，其實看門狗器件在1．6 s時間內沒有復位，使7引腳輸出一個復位信號的作用是相同的，其連接圖如圖6所示。

3 軟件設計
??? DSl8820的主要數據元件有：64位激光Lasered ROM，溫度靈敏元件和非易失性溫度告警觸發器TH和TL。DSBl820可以從單總線獲取電源，當信號線為高電平時，將能量貯存在內部電容器中；當單信號線為低電平時，將該電源斷開，直到信號線變為高電平重新接上寄生(電容)電源為止。此外，還可外接5 V電源，給DSl8820供電。DSl8820的供電方式靈活，利用外接電源還可增加系統的穩定性和可靠性。圖7為讀取數據流程圖。

??? 讀取DS18B20數據的部分程序代碼為：????

???

4 數據測試
??? 將溫度傳感器與冰水混合物接觸，經過充分攪拌達到熱平衡后調節系統，使顯示讀數為0．00(標定0℃)；利用氣壓計讀出當時當地的大氣壓強，并根據大氣壓強和當地重力加速度計算出當時的實際壓強；根據沸點與壓強的關系查出沸點溫度。把溫度傳感器放入沸水中，待顯示讀數穩定后重新調節，使顯示器顯示讀數等于當地當時沸點溫度后工作結束。該溫度計的量程為一50℃～150℃，讀數精度為0．1℃，實際使用一般在0℃～100℃。采用0℃～50℃和50℃～100℃的精密水銀溫度計作檢驗標準，對設計的溫度計進行測試，其結果表明能達到該精度要求。

5 結語
??? 該溫度測試系統不僅具有結構簡單、體積小、價格低廉、精確度較高、反應速度較快、數字化顯示和不易損壞等特點，而且性能穩定，適用范圍廣，因此特別適用于對測溫要求比較準確的場所。