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基于单片机的数字温度计

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。

1前言

数字温度计(DigitalThermometer)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

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。

传感器部分

传感器部分设置报警键

AT89C2051单片机

LED显示报警扬声器

图3.1系统基本方框图

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。

3.2A/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。

3.2.1双积A/D转换器的工作原理

n位二进制数字输出

计数器中所计的二进制数值：

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

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。

3.2.17135的应用

7135是采用CMOS工艺制作的单片4

图3.2.1.2双积A/D转换器的波形图

ICL7135(PDIP)

TOPVIEW

四UNDERRANGEOVERRANGE

四UNDERRANGE

OVERRANGE26STROBE

5R/H

4DIGITALGND

POL

园CLOCKIN园BUSY

园(LSD)D1

9D2同D3

7D4

60MSB)B8居B4

ANALOGCOMMON

INTOUT AZINBUFFOUTREFCAP·REFCAP+INLO

INHI10

V+1(MSD)D5

(LSB)B1B2

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。

(一)7135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

3.2.1.1ICL7135