【正文】 1 基于 AT89C2051 單片機的數(shù)字溫度計 設(shè)計 摘要： 本文介紹一種基于 AT89C2051 單片機的一種溫度測量及報警電路 ,該電路采用 DS18B20作為溫度監(jiān)測元件，測量范圍 55℃ ～ +125℃，使用 4 位 LED模塊顯示，能通過鍵盤設(shè)置溫度報警上下限。正文著重給出了軟硬件系統(tǒng)的各部分電路，介紹了集成溫度傳感器 DS18B20的原理， AT89C2051單片機功能和應(yīng)用。該電路設(shè)計新穎、功能強大、結(jié)構(gòu)簡單。 關(guān)鍵詞： 溫度測量， DS18B20 2 Abstract : The introduction of a costbased AT89C2051 MCU a temperatur measurement circuits, the circuits used DS18B20 highprecision 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 ponents 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 3 傳感器部分 AT89C2051單片機 LED 顯示 設(shè)置報警鍵盤 報警揚聲器 1 前言 數(shù)字溫度計（ Digital Thermometer）簡稱 DTM，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的溫度值轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的溫度計功能單一、精度低，不能滿足數(shù)字化時代的需求，采用單片機的數(shù)字溫度計，由于精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便得到了廣泛的應(yīng)用。溫度是許多監(jiān)控系統(tǒng)中的一個重要參數(shù)。 DS18B20直接把溫度信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號。數(shù)據(jù)采集、處理模塊主 要由 AT89C2051單片機構(gòu)成，完成溫度數(shù)據(jù)的讀取和顯示。 本章重點介紹 DS18B20的工作原理，尤其是其編程原理，以及由它們構(gòu)成的基于單片機的數(shù)字溫度計的工作原理。 2 系統(tǒng)功能描述 3 系統(tǒng)原理及基本框圖 如圖 ，模擬溫度值經(jīng)過 DS18B20 處理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，然后送到單片機中進行數(shù)據(jù)處理，并與設(shè)置的溫度報警限比較，超過限度后通過揚聲器報警。同時處理后的數(shù)據(jù)送到 LED中顯示。 圖 3 硬件設(shè)計 輸入電路 圖 圖 4 輸入電路的作用是把不同量程的被測的電壓規(guī)范到 A/D 轉(zhuǎn)換器所要求的電壓值。智能化數(shù)字溫度計所采用的單片雙積分型 ADC芯片 ICL7135，它要求輸入電壓 0177。 2V。本儀表設(shè)計是 01000V電壓，靈敏度高所以可以不加前置放大器，只需衰減器，如圖 所示 9M、 900K、 90K、和 10K 電阻構(gòu)成 1/ 1/100、1/1000的衰減器。衰減輸入電路可由開關(guān)來選擇不同的衰減率，從而切換檔位。為了能讓 CPU自 動識別檔位，還要有圖 的硬件連接。 A/D 轉(zhuǎn)換 電路 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度對測量電路極其重要，它的參數(shù)關(guān)系到測量電路性能。本設(shè)計采用雙積 A/D 轉(zhuǎn)換器，它的性能比較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換精度高，具有很高的抗干擾能力，電路結(jié)構(gòu)簡單，其缺點是工作速度較低。在對轉(zhuǎn)換精度要求較高，而對轉(zhuǎn)換速度 要求不高的場合如電壓測量有廣泛的應(yīng)用。 雙積 A/D 轉(zhuǎn)換器的工作原理 圖 A/D 轉(zhuǎn)換器 如圖所示：對輸入模擬電壓和基準電壓進行兩次積分，先對輸入模擬電壓進行積分，將其變換成 與輸入模擬電壓成正比的時間間隔 T1，再利用計數(shù)器測出此時間間隔，則計數(shù)器所 5 計的數(shù)字量就正比于輸入的模擬電壓；接著對基準電壓進行同樣的處理。 在常用的 A/D轉(zhuǎn)換芯片（如 ADC 080 ICL713 ICL7109等）中， ICL7135 與其余幾種有所不同，它是一種四位半的雙積分 A/D轉(zhuǎn)換器，具有精度高（精度相當 于 14 位二進制數(shù)）、價格低廉、抗干擾能力強等優(yōu)點。本文介紹用單片機并行方式采集 ICL7135的 數(shù) 據(jù)以實現(xiàn)單片機溫度計和小型智能儀表的設(shè)計方案。 7135 的應(yīng)用 7135 是采用 CMOS 工藝制作的單片 4位 半 A/D轉(zhuǎn)換器， 其所轉(zhuǎn)換的數(shù)字值以多工掃描的方式輸出， 只要附加譯碼器，數(shù)碼顯示器，驅(qū)動器及電阻電容等元件，就可組成一個滿量程為 2V的數(shù)字溫度計。 ㈠ 7135主要特點如下： ①雙積型 A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度慢。 ② 在每次 A/D轉(zhuǎn)換前，內(nèi)部電 路都自動進行調(diào)零操作 ，可保證零點在常溫下的長期穩(wěn)定。 在 20220字（ 2V 滿量程）范圍內(nèi)，保證轉(zhuǎn)換精度 1字 相當于 14bitA/D轉(zhuǎn)換器 。 ③ 具有自動極性轉(zhuǎn)換功能 。能在但極性參考電壓下對雙極性模擬輸入電壓進行 A/D轉(zhuǎn)換，模 擬電壓的范圍為 0～177。 。 。 ④模擬出入可以是差動信號，輸入電阻極高， 輸 入 電流典型值 1PA。 ⑤ 所有輸出端和 TTL電路相容 。 ⑥ 有過量程（ OR）和欠量程（ UR）標志信號輸出，可用作自動量程轉(zhuǎn)換的控制信號。 ⑦ 輸出為動態(tài)掃描 BCD碼。 ⑧ 對外提供六個輸入 ,輸出控制信號 (R/H,BUSH,ST,POL,OR,UR),因此除用于數(shù)字溫度計外 ,還能與異步接收 /發(fā)送器 ,微處理器或其它控制電路連接使用。 ⑨ 采用 28外引線雙列直插式封裝，外引線功能端排列如圖所示 。 ㈡ 7135數(shù)字部分 ICL7135引腳圖 6 數(shù)字部分主要由計數(shù)器、鎖存器、多路開關(guān)及控制邏輯電路等組成。 7135一次 A/D轉(zhuǎn)換周期分為四個階段： 自動調(diào)零（ AZ）； 被測電壓積分（ INT）；基準電壓反積分（ DE）； 積分回零（ ZI）。具體內(nèi)部轉(zhuǎn)換過程這里不做祥細 介紹，主要介紹引腳的使用。 ① R/H（ 25 腳）當 R/H=“1” （該端懸空時為 “1” ）時， 7135 處于連續(xù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，每 40002 個時鐘周期完成一次 A/D 轉(zhuǎn)換。若 R/H 由 “1” 變 “0” ，則7135 在完成本次 A/D 轉(zhuǎn)換后進入保持狀態(tài)，此時輸出為最后一次轉(zhuǎn)換結(jié) 果，不受輸入電壓變化的影響。因此利用 R/H 端的功能可以使數(shù)據(jù)有保持功能。若把R/H端用作啟動功能時，只要在該端輸入一個正脈沖（寬度≥300 ns），轉(zhuǎn)換器就從 AZ 階段開始進行 A/D 轉(zhuǎn)換。注意：第一次轉(zhuǎn)換周期中的 AZ階段時間為 900110001個時鐘脈沖，這是由于啟動脈沖和內(nèi)部計數(shù)器狀態(tài)不同步造成的。 ② /ST（ 26 腳）每次 A/D轉(zhuǎn)換周期結(jié)束后， ST 端都輸出5個負脈沖，其輸出時間對應(yīng)在每個周期開始時的 5 個位選信號正脈沖的中間， ST 負脈沖寬度等于 1/2時鐘周期 。 第一個 ST 負脈沖在上次轉(zhuǎn)換周期結(jié)束后 101 個 時鐘周期產(chǎn)生。因為每個選信號（ D5D1）的正脈沖寬度為 200個時鐘周期（只有 AZ和 DE階段開始時的第一個 D5 的脈沖寬度為 201 個 CLK 周期），所以 ST 負脈沖之間相隔也是 200 個時鐘周期。需要注意的是，若上一周期為保持狀態(tài)（ R/H=“0” ）則 ST無脈沖信號輸出。 ST信號主要用來控制將轉(zhuǎn)換結(jié)果向外部鎖存器、 UARTs或微處理器進行傳送 。 7 ③ BUSY（ 21 腳）在雙積分階段（ INT+DE）， BUSY 為高電平，其余時為低電平。因此利用 BUSY 功能，可以實現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的遠距離雙線傳送，其還原方法是將 BUSY和 CLK“ 與 ” 后來計數(shù)器，再減去 10001就可得到原來的轉(zhuǎn)換結(jié)果。 ④ OR（ 27腳）當輸入電壓超出量程范圍（ 20220）， OR將會變高。該信號在BUSY信號結(jié)束時變高。在 DE階段開始時變低。 ⑤ UR（ 28腳）當輸入電壓等于或低于滿量程的 9%（讀數(shù)為 1800），則一當BUST信號結(jié)束， UR 將會變高。該信號在 INT 階段開始時變低。 ⑥ POL（ 23 腳）該信號用來指示輸入電壓的極性。當輸入電壓為正，則 POL等于 “1” ，反之則等于 “0” 。該信號 DE 階段開始時變化，并維持一個 A/D 轉(zhuǎn)換調(diào)期。 ⑦ 位驅(qū)動信號 D D D D D1（ 1 1 1 1 20 腳）每一位驅(qū)動信號分別輸出一個正脈沖信號，脈沖寬度為 200 個時鐘周期，其中 D5 對應(yīng)萬位選通，以下依次為千、百、十、個位。在正常輸入情況下， D5D1 輸出連續(xù)脈沖。當輸入電壓過量程時， D5D1在 AZ階段開始時只分別輸出一個脈沖，然后都處于低電平，直至 DE 階段開始時才輸出連續(xù)脈沖。利用這個特性，可使得顯示器件在過程時產(chǎn)生一亮一暗的直觀現(xiàn)象。 ⑧ B B B B1（ 1 1 1 13 腳）該四端為轉(zhuǎn)換結(jié)果 BCD 碼輸出，采用動態(tài)掃描輸出方式，即當位選信號 D5=“1” 時，該四端的信號為萬位數(shù)的內(nèi)容， D4=“1” 時為千位數(shù)內(nèi)容，其余依次類推。在個、十、百、千四位數(shù)的內(nèi)容輸出時， BCD碼范圍為 00001001，對于萬位數(shù)只有 0和 1兩種狀態(tài)，所以其輸出的 BCD碼為 “0000” 和 “0001” 。當輸入電壓過量程時，各位數(shù)輸出全部為零，這一點在使用時應(yīng)注意。 最后還要說明一點，由于數(shù)字部分以 DGNG 端作為接地端，所以所有輸出端輸出電平以 DGNG 作為相對參考點?；鶞孰妷海鶞孰妷旱妮斎氡仨殞τ谀M公共端 COM是正電壓。 ㈢與單片機系統(tǒng)的串行連接 在 ICL7135與單片機系統(tǒng)進行連接時，使用并行采集方式，要連接 BCD碼數(shù)據(jù)輸出線，可以將 ICL7135的 /STB信號接至 AT89C52的 （ INT0）。 ICL7135需要外部的時鐘信號，本設(shè)計采用 CD4060來對 4M信號進行 32分頻得到 125KHz的時鐘信號。 CD4060計數(shù)為１４級２進制計數(shù)器，在數(shù)字集成電 8 路中可實現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且 CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。 圖 ICL7135 與系統(tǒng)的連接圖 圖 CD4060時鐘發(fā)生電路 單片機部分 單片機選用的是 ATMEL公司新推出的 AT89S52， 如 圖 。 該芯片具有低功耗、高性能的特點，是采用 CMOS 工藝的 8 位單片機 ，與 AT89C51 完全兼容 。 AT89S52還 有以下主要特點： ① 采用了 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲器（ NVSRAM）技術(shù)；