基于AT89C51/DSl8820的数字温度计设计
基于at89c51/dsl8820的数字温度计设计
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，dsl8820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dsl8820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o℃~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。
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mcs一51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一48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2为dsl8820内部结构。图3为dsl8820与单片机的接口电路。
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12 mhz的晶体振荡器，则复位信号持续时间应超过2μs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4为电源电路连接图。
2．6 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。
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6所示。
3 软件设计
dsl8820的主要数据元件有：64位激光lasered rom，温度灵敏元件和非易失性温度告警触发器th和tl。dsbl820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，直到信号线变为高电平重新接上寄生(电容)电源为止。此外，还可外接5 v电源，给dsl8820供电。dsl8820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。
读取ds18b20数据的部分程序代码为：
4 数据测试
将温度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。该温度计的量程为一50℃～150℃，读数精度为0．1℃，实际使用一般在0℃～100℃。采用0℃～50℃和50℃～100℃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。
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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，dsl8820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dsl8820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o℃~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。
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mcs一51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一48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2为dsl8820内部结构。图3为dsl8820与单片机的接口电路。
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12 mhz的晶体振荡器，则复位信号持续时间应超过2μs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4为电源电路连接图。
2．6 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。
2．7 看门狗电路
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3 软件设计
dsl8820的主要数据元件有：64位激光lasered rom，温度灵敏元件和非易失性温度告警触发器th和tl。dsbl820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，直到信号线变为高电平重新接上寄生(电容)电源为止。此外，还可外接5 v电源，给dsl8820供电。dsl8820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。
读取ds18b20数据的部分程序代码为：
4 数据测试
将温度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。该温度计的量程为一50℃～150℃，读数精度为0．1℃，实际使用一般在0℃～100℃。采用0℃～50℃和50℃～100℃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。
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