周克輝

（衡陽財經工業(yè)職業(yè)技術學院 電子信息系，湖南 衡陽 421002）

近年來單片機系統(tǒng)在工業(yè)測控領域的應用越來越廣泛，它既可以測量電信號，又可以測量溫度、濕度等非電信號，在日常生活及工農業(yè)生產等許多領域，經常要用到溫度的檢測及控制，本文介紹一種采用數(shù)字溫度傳感器實現(xiàn)的基于單片機的數(shù)字溫度計。

1 設計思路

傳統(tǒng)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)大多是利用熱敏電阻組成的測溫電路，測溫元件一般用的是熱電偶和熱電阻。而熱電偶和熱電阻測出的一般都是電壓或者電流，經過A/D與D/A轉換后才能實現(xiàn)測溫，需要比較多的外部硬件支持。而且由于熱敏電阻的不穩(wěn)定性，導致測溫易受外界干擾、且精度不高。

本數(shù)字溫度計設計采用美國DALLAS半導體公司繼DS1820之后推出的一種改進型智能溫度傳感器DS18B20作為檢測元件，與傳統(tǒng)的熱敏電阻不同，DS18B20可直接將被測溫度轉換為串行數(shù)字信號，測溫范圍為-55～125℃，最高分辨可達0.0625℃，溫度傳感器DS18B20采用三線制與51單片機相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本、易使用和精度等特點。

按照系統(tǒng)設計功能的要求，確定本數(shù)字溫度計由三個模塊組成：主控制器、測溫電路和顯示電路。數(shù)字溫度計總體電路結構框如圖1所示。

圖1 數(shù)字溫度計總體電路結構框圖

2 硬件電路的設計

本數(shù)字溫度計電路設計原理圖如圖2所示，控制器采用用單片機AT89C2051，它是由ATMEL公司推出的一種小型單片機，它具有低電壓供電和小體積等特點，成本較低，兩個端口剛好滿足電路系統(tǒng)的設計需要，很適合便攜手持式產品的設計使用?？捎脙晒?jié)電池對本溫度計進行供電。

溫度傳感器使用DS18B20，它可直接將被測溫度轉換為串行數(shù)字信號，供單片機處理。通過編程，Dsl8B20可以實現(xiàn)9～12位的溫度讀數(shù)。信息經過單線接口送入DSl8820，或從Dsl8820送出，因此，從單片機到Dsl8820僅需連接一條信號線和地線。另DS18B20可以采用采用電源供電方式，此時DS18B20的第1腳接地，第2腳作為信號線，第3腳接電源；當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最長為500ms。所以采用一個上拉電阻完成對總線的上拉。

顯示電路采用4位一體的共陽LED數(shù)碼管，從P1口輸出段碼，列掃描用P3.0～P3.3口來實現(xiàn)，列驅動用8550三極管。用4位一體的共陽LED數(shù)碼管以動態(tài)掃描法實現(xiàn)溫度顯示。

3 軟件程序的設計

系統(tǒng)程序主要包括主程序、讀出溫度子程序、溫度轉換命令子程序、計算溫度子程序和顯示數(shù)據刷新子程序等。

圖2 數(shù)字溫度計設計電路原理圖

主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量溫度值。溫度測量每1s進行一次。主程序流程圖如圖3所示。

圖3 主程序流程圖

讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)。在讀出時須進行CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據的改寫。讀出溫度子程序流程圖如圖4所示。

圖4 讀出溫度子程序流程圖

溫度轉換命令子程序主要是發(fā)溫度轉換開始命令。當采用12位分辨率時，轉換時間約為750ms。在本程序設計中，采用1s顯示程序延時法等待轉換的完成。溫度轉換命令子程序流程圖如圖5所示。

計算溫度子程序將RAM中讀取值進行BCD碼的轉換運算，并進行溫度值正負的判定。

圖5 溫度轉換命令子程序流程

顯示數(shù)據刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據進行刷新操作，當最高數(shù)據顯示位為0時，將符號顯示位移入下一位。顯示數(shù)據刷新子程序流程圖如圖6所示。

圖6 顯示數(shù)據刷新子程序流程圖

4 結語

系統(tǒng)的調試包括硬件調試和軟件調試兩個部分。硬件調試比較簡單，首先檢查電路的焊接是否正確，然后可用萬能表測試或通電檢測。軟件調試可以先編寫顯示程序并運行硬件的正確性檢驗，檢查顯示模塊是否正常工作，然后分別進行主程序、讀出溫度子程序、溫度轉換命令子程序、計算溫度子程序和顯示數(shù)據刷新子程序等的編程及調試。

由于DS18B20與單片機采用串行數(shù)據傳送，因此，對DS18B20進行讀/寫編程時必須嚴格地嚴格保證讀/寫時序；否則將無法讀取測量結果。本程序采用單片機C語言編寫，用Keil C51編譯器編程調試。

軟件調試到能正確地顯示出當前的溫度值，而且在有溫度變化時，比如用手去接觸溫度傳感器，如果顯示溫度能改變，說明系統(tǒng)設計就基本完成。

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