以AT89C2051单片机为控制核心的数字温度计设计

单片机控制已成为今天电子设计追-求的目标之一，本文将这种控制技术应用于温度测量中。AT89C2051是美国Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含有2 KB的反复擦写的只读程序存储器和128 B的随机存取数据存储器（RAM）。美国DALLAS半导体公司生产的DSl-8B20型单线智能温度传感器，属于新一代适配微处理器的智能传感器。数字温度计是以DS18B20为检测元件，由AT89C2051作为主控制器的温度计，具有功耗低、结构简单、读数方便、测温范围广、测温准确的特点。

1 电路构成及工作原理

1．1 硬件设计

由AT89C2051构成的温度计主要由三部分组成：DSl8B20温度传感器、单片机AT89C2051、由LED数码管构成的显示模块。其系统原理框图如图1所示。DSl8B20作为单片机AT89C2051的外部信号源，把所采集到的温度转换为数字信号，通过I／O接口传给2051，2051启动ROM内的控制程序驱动LED数码管，通过I／O接口和数据线（单片机和数码管的接口）把数据传送给数码管，将采集到的温度显示出来。

1．2 总电路图

基于AT89C2051的温度测量系统电路图把温度转化成带符号的数字信号（以十六位补码形式，占两个字节），若采用带屏蔽的双绞电缆线，连线的长度可以达到150 m，输出脚I／0直接与单片机的P3．4相连，R1为上拉电阻，传感器采用外部电源供电。AT89C2051是整个系统的核心部分，内含2 KB的FLASH ROM，用户程序存放在这里。显示器模块由四位一体的共阳数码管和四个9012组成。系统程序分传感器控制程序和显示器程序两部分，传感器控制程序是按照DSl8B20的通信协议编制。系统的工作是在程序控制下，完成对传感器的读写和对温度的显示。

产品的主要技术指标：测量范围：-55～+125℃，测量精度：0．5℃；反应时间小于等于500 ms。

2 软件设计

2．1 采集模块

该模块选用单线温度传感器DSl8B20完成温度采集。单片机AT89C51对DSl8B20访问流程如下：先对DSl8B20初始化，再进行ROM操作命令，最后才能对存储器操作。DSl8B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。根据DSl8B20的通讯协议，需经三个步骤：每一次读写之前都要对DSl8B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令（指令代码CCH）并置标志位，根据标志位来判断是否初始化成功，最后发送RAM指令（指令代码44H）DSl8B20开始转换，再读出温度转换值（指令代码BEH），读取的温度值高位字节送27H单元，低位字节送26H单元，再按照温度值字节的表示格式及其符号位，经过简单的变换即可得到实际温度值。

2．2 主处理模块

主处理模块主要是将各个模块进行协调处理以实现数据交互。主处理模块首先完成初始化工作，初始化后进入循环处理，在循环过程中获得采集模块的数据，并将数据进行处理，根据处理后的结果进行显示。主处理的流程图如图3所示。

2．3 显示模块

采用动态扫描的方法，其中P3．0，P3．1，P3．2，P3．3控制位选，P1控制段选。由P3．0，P3．1，P3．2，P3．3向各位轮流输出扫描信号，使每一瞬间只有一个数码管被选通，然后由P1送入该位所要显示的字形码，点亮该位字形段显示的字形。在P1送出的码段和P3．0，P3．1，P3．2，P3．3送出的位段的配合控制下，使各个数码管轮流点亮显示各自的字形。

3 结语

该设计测温传感器采用改进型智能温度传感器DSl8B20，测温范围为-55～+125℃，最大分辨率可达0．062 5℃，可以直接读出被测温度值，而且采用单线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，同时可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理。