基于单片机的数字温度计
毕业设计论文
摘要：本文介绍一种基于AT89C2051单片机的一种温度测量及报警电路,该电路采用DS18B20作为温度监测元件，测量范围-55℃-～+125℃，使用4位LED模块显示，能通过键盘设置温度报警上下限。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了集成温度传感器DS18B20的原理，AT89C2051单片机功能和应用。该电路设计新颖、功能强大、结构简单。 关键词：温度测量，DS18B20
Abstract : The introduction of a cost-based AT89C2051 MCU a temperatur
measurement circuits, the circuits used DS18B20 high-precision temperatur sensor , measuring scope -55℃-～+125℃,can use the keybord set the warning limitation, the use of four bits seven segments LED that can be display the current temperature. The paper focuses on providing a software and hardware system components circuit, introduced the theory of DS18B20, the founctions and applications of AT89C2051 .This circuit design innovative, powerful, can be expansionary strong. Key Words : Temperatur measurement, DS18B20
1前言
数字温度计（Digital Thermometer）简称DTM，它是采用数字化测量技术，把连续的温度值转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的温度计功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字温度计，由于精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便得到了广泛的应用。温度是许多监控系统中的一个重要参数。DS18B20直接把温度信息转换成相应的数字信号。数据采集、处理模块主要由AT89C2051单片机构成，完成温度数据的读取和显示。
本章重点介绍DS18B20的工作原理，尤其是其编程原理，以及由它们构成的基于单片机的数字温度计的工作原理。
2 系统功能描述
3 系统原理及基本框图
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如图3.1所示，模拟温度值经过DS18B20处理后转换为数字值，然后送到单片机中进行数据处理，并与设置的温度报警限比较，超过限度后通过扬声器报警。同时处理后的数据送到LED中显示。
图3.1系统基本方框图
AT89C2051单片机 LED显示 报警扬声器 传感器部分 设置报警键3硬件设计
3.1 输入电路
图3.1.1量程切换开关 图3.1.2衰减输入电路 输入电路的作用是把不同量程的被测的电压规范到A/D转换器所要求的电压值。智能化数字温度计所采用的单片双积分型ADC芯片ICL7135，它要求输入电压0-±2V。本仪表设计是0-1000V电压，灵敏度高所以可以不加前置放大器，只需衰减器，如图3.1.2所示9M、900K、90K、和10K电阻构成1/10、1/100、1/1000的衰减器。衰减输入电路可由开关来选择不同的衰减率，从而切换档位。为了能让CPU自动识别档位，还要有图3.1.1的硬件连接。
3.2 A/D 转换电路
A/D 转换器的转换精度对测量电路极其重要，它的参数关系到测量电路性能。本设计采用双积A/D 转换器，它的性能比较稳定，转换精度高，具有很高的抗干扰能力，电路结构简单，其缺点是工作速度较低。在对转换精度要求较高，而对转换速度要求不高的场合如电压测量有广泛的应用。
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3.2.1双积A/D 转换器的工作原理
图3.2.1.1双积A/D 转换器
如图所示：对输入模拟电压和基准电压进行两次积分，先对输入模拟电压进行积分，将其变换成与输入模拟电压成正比的时间间隔 T1，再利用计数器测出此时间间隔，则计数器所计的数字量就正比于输入的模拟电压；接着对基准电压进行同样的处理。在常用的A/D转换芯片（如ADC -0809、ICL7135、ICL7109等）中，ICL7135与其余几种有所不同，它是一种四位
半的双积分
A/D转换器，具有精度高（精度相当 于14位二进制数）、价格低廉、抗干扰能力强等优点。本文介绍用单片机并行方式采集ICL7135的数据以实现单片机温度计和小型智能仪表的设计方案。 3.2.1 7135的应用
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图3.2.1.2双积A/D 转换器的波形图
7135是采用CMOS工艺制作的单片4位半A/D转换器，其所转换的数字值以多工扫描的方式输出，只要附加译码器，数码显示器，驱动器及电阻电容等元件，就可组成一个满量程为2V的数字温度计。
㈠7135主要特点如下：
①双积型A/D转换器，转换速度慢。 ②在每次A/D转换前，内部电
路都自动进行调零操作，可保证零点在常温下的长期稳定。在20000字（2V
3.2.1.1 ICL7135引脚图
满量程）范围内，保证转换精度1字相当于14bitA/D转换器。
③具有自动极性转换功能。能在但极性参考电压下对双极性模拟输入电压进行A/D转换，模拟电压的范围为0～±1.9999V。。
④模拟出入可以是差动信号，输入电阻极高，输入电流典型值1PA。 ⑤所有输出端和TTL电路相容。
⑥有过量程（OR）和欠量程（UR）标志信号输出，可用作自动量程转换的控制信号。
⑦输出为动态扫描BCD码。
⑧对外提供六个输入,输出控制信号(R/H,BUSH,ST,POL,OR,UR),因此除用于数字温度计外,还能与异步接收 /发送器,微处理器或其它控制电路连接使用。 ⑨采用28外引线双列直插式封装，外引线功能端排列如图所示。 ㈡7135数字部分
数字部分主要由计数器、锁存器、多路开关及控制逻辑电路等组成。7135一次A/D转换周期分为四个阶段：1、自动调零（AZ）；2、被测电压积分（INT）；3、基准电压反积分（DE）；4、积分回零（ZI）。具体内部转换过程这里不做祥细介绍，主要介绍引脚的使用。
①R/H（25脚）当R/H=“1”（该端悬空时为“1”）时，7135处于连续转换状态，每40002个时钟周期完成一次A/D转换。若R/H由“1”变“0”，则7135在完成本次A/D转换后进入保持状态，此时输出为最后一次转换结果，不受输入电压变化的影响。因此利用R/H端的功能可以使数据有保持功能。若把R/H端用作启动功能时，只要在该端输入一个正脉冲（宽度≥300ns），转换器
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就从AZ阶段开始进行A/D转换。注意：第一次转换周期中的AZ阶段时间为9001-10001个时钟脉冲，这是由于启动脉冲和内部计数器状态不同步造成的。
②/ST（26脚）每次A/D转换周期结束后，ST端都输出5个负脉冲，其输出时间对应在每个周期开始时的5个位选信号正脉冲的中间，ST负脉冲宽度等于1/2时钟周期。
第一个ST负脉冲在上次转换周期结束后101个时钟周期产生。因为每个选信号（D5--D1）的正脉冲宽度为200个时钟周期（只有AZ和DE阶段开始时的第一个D5的脉冲宽度为201个CLK 周期），所以ST负脉冲之间相隔也是200个时钟周期。需要注意的是，若上一周期为保持状态（R/H=“0”）则ST无脉冲信号输出。ST信号主要用来控制将转换结果向外部锁存器、UARTs或微处理器进行传送。
③BUSY（21脚）在双积分阶段（INT+DE），BUSY为高电平，其余时为低电平。因此利用BUSY功能，可以实现A/D转换结果的远距离双线传送，其还原方法是将BUSY和CLK“与”后来计数器，再减去10001就可得到原来的转换结果。
④OR（27脚）当输入电压超出量程范围（20000），OR将会变高。该信号在BUSY信号结束时变高。在DE阶段开始时变低。
⑤UR（28脚）当输入电压等于或低于满量程的9%（读数为1800），则一当BUST信号结束，UR将会变高。该信号在INT阶段开始时变低。
⑥POL（23脚）该信号用来指示输入电压的极性。当输入电压为正，则POL等于“1”，反之则等于“0”。该信号DE阶段开始时变化，并维持一个A/D转换调期。
⑦位驱动信号D5、D4、D3、D2、D1（12、17、18、19、20脚）每一位驱动
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图3.2.1.2 ICL7135的波形图