【導讀】所給人們帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子，用單片機和溫度傳感器來實現(xiàn)溫度測溫是數(shù)字溫度設計的一大亮點。機的飛速發(fā)展，功能變得越來越強大，可以實現(xiàn)很多電路系統(tǒng)的設計。單片機通過編寫程序亦可實現(xiàn)時鐘顯示、定時鬧鈴等其他功能，滿足人

　　

【正文】 需求。二、關鍵字：數(shù)字溫度計、溫度傳感器、單片機三、數(shù)字溫度計的研究背景和意義溫度測量在物理實驗、醫(yī)療衛(wèi)生、食品生產等領域，尤其在熱學試驗（如：物體的比熱容、汽化熱、熱功當量、壓強溫度系數(shù)等教學實驗）中，有特別重要的意義。傳統(tǒng)所使用的溫度計通常都是精度為 1℃和 ℃的水銀、煤油或酒精溫度計。這些溫度計的刻度間隔通常都很密，不容易準確分辨，讀數(shù)困難，而且他們的熱容量還比較大，達到熱平衡所需的時間較長，因此很難讀準，并且使用非常不方便。數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確等優(yōu)點，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用。目前溫度計的發(fā)展很快，從原始的玻璃管溫度計發(fā)展到了現(xiàn)在的熱電阻溫度計、熱電偶溫度計、數(shù)字溫度計、電子溫度計等等，溫度計中傳感器是它的重要組成部分，它的精度、靈敏度基本決定了溫度計的精度、測量范圍、控制范圍和用途等。傳感器應用極其廣泛，目前已經研制出多種新型傳感器。但是，作為應用系統(tǒng)設計人員需要根據(jù)系統(tǒng)要求選用適宜的傳感器，并與自己設計的系統(tǒng)連接起來，從而構成性能優(yōu)良的監(jiān)控系統(tǒng)。20 世紀 90 年代中期最早推出的數(shù)字溫度傳感器，采用的是 8 位 A/D 轉換器，其測溫精度較低，分辨力只能達到 1℃。目前，國外已相繼推出多種高速度、高分辨力的數(shù)字溫度傳感器，所用的是 9～12 位 A/D 轉換器，分辨力一般可達 ～℃。由美國 DALLAS 半導體公司新研制的 DS1624 型高分辨力 畢業(yè)設計30數(shù)字溫度傳感器，能輸出 13 位二進制數(shù)據(jù)，其分辨力高達 ℃，測溫精度為177?！?。為了提高多通道數(shù)字溫度傳感器的轉換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式 A/D 轉換器。以 AD7817 型 5 通道數(shù)字溫度傳感器為例，它對本地傳感器、每一路遠程傳感器的轉換時間分別僅為 27μs、9μs。Maxim 公司生產的 DS1620，DS1620 是直接數(shù)字輸出的溫度傳感器，采用 DS1620 不需要在AT89S51 系統(tǒng)中擴展 A/D 轉換器，因此可以降低電路的復雜性。DS1620 是一片8 引腳的片內建有溫度測量并轉換為數(shù)字值的集成電路，他集溫度傳感、溫度數(shù)據(jù)轉換與傳輸、溫度控制等功能于一體。測溫范圍：55～+125℃，精度為℃。該芯片非常容易與單片機連接，實現(xiàn)溫度的測控應用，單獨做溫度控制器使用時，可不用外加其他輔助元件。DS1620 可把測得的溫度用 9 位的數(shù)據(jù)表示出來，同時，本身還有 3 個溫度報警輸出，因此在恒溫箱、溫度計及其它對溫度敏感的系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。溫度傳感器的發(fā)展大致經歷了以下 3 個階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件)；主要是能夠進行非電量和電量之間轉換；模擬集成溫度傳感器/控制器；數(shù)字溫度傳感器。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網絡化的方向發(fā)展。 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器——熱電偶傳感器：熱電偶傳感器是工業(yè)測量中應用最廣泛的一種溫度傳感器，它與被測對象直接接觸，不受中間介質的影響，具有較高的精度；測量范圍廣，可從50~1600℃進行連續(xù)測量,特殊的熱電偶如金鐵——鎳鉻，最低可測到269℃，鎢——錸最高可達 2800℃。模擬集成溫度傳感器：集成傳感器是采用硅半導體集成工藝制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器是在 20 世紀 80 年代問世的，它將溫度傳感器集成在一個芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出等功能。模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一（僅測量溫度） 、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫，不需要進行非線性校準，外圍電路簡單。數(shù)字溫度傳感器是在 20 世紀 90 年代中期問世的。它是微電子技術、計算機技術和自動測試技術的結晶。目前，國際上已開發(fā)出多種數(shù)字溫度傳感器系列產品。數(shù)字溫度傳感器內部包含溫度傳感器、A/D 傳感器、信號處理器、存儲器（或寄存器）和接口電路。有的產品還帶多路選擇器、中央控制器（CPU） 、隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM） 。數(shù)字溫度傳感器能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU） ，并且可通過軟件來實現(xiàn)測試功能，即智能化取決于軟件的開發(fā)水平。數(shù)字溫度傳感器包括數(shù)字溫度傳感器基于單片機的數(shù)字溫度計設計31和石英溫度傳感器。數(shù)字溫度傳感器被廣泛應用于工業(yè)控制、電子測溫計、醫(yī)療儀器等各種溫度控制系統(tǒng)中。用石英作為溫度傳感器的數(shù)字溫度計可實現(xiàn)多種功能：用于熱化療儀中對藥液的溫度進行測量，能獲得較好的測溫效果；用于溫度檢測系統(tǒng)，測溫系統(tǒng)可用于各行各業(yè)中。比如：可用于溫室大棚的溫度檢測，當溫度過高就產生報警信號；在輪胎生產中,進行的溫度檢測。進入 21 世紀后，數(shù)字溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網絡傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。提高測溫精度和分辨力：20 世紀 90 年代中期最早推出的數(shù)字溫度傳感器，采用的是 8 位 A/D 轉換器，其測溫精度較低，分辨力只能達到 1℃。目前，國外已相繼推出多種高速度、高分辨力的數(shù)字溫度傳感器，所用的是 9～12 位A/D 轉換器，分辨力一般可達 ～℃。由美國 DALLAS 半導體公司新研制的 DS1624 型高分辨力數(shù)字溫度傳感器，能輸出 13 位二進制數(shù)據(jù)，其分辨力高達 ℃，測溫精度為177?！?。為了提高多通數(shù)字能溫度傳感器的轉換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式 A/D 轉換器。以 AD7817 型 5 通道數(shù)字溫度傳感器為例，它對本地傳感器、每一路遠程傳感器的轉換時間分別僅為27μs、9μs。增加測試功能：新型數(shù)字溫度傳感器的測試功能也在不斷增強。例如，DS1629 型單線數(shù)字溫度傳感器增加了實時日歷時鐘（RTC） ，使其功能更加完善。DS1624 還增加了存儲功能，利用芯片內部 256 字節(jié)的 E2PROM 存儲器，可存儲用戶的短信息。另外，數(shù)字溫度傳感器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。數(shù)字溫度傳感器都具有多種工作模式可供選擇，主要包括單次轉換模式、連續(xù)轉換模式、待機模式，有的還增加了低溫極限擴展模式，操作非常簡便。對某些數(shù)字溫度傳感器而言，主機(外部微處理器或單片機)還可通過相應的寄存器來設定其 A/D 轉換速率(典型產品為 MAX6654)，分辨力及最大轉換時間(典型產品為 DS1624)。數(shù)字溫度控制器是在數(shù)字溫度傳感器的基礎上發(fā)展而成的。典型產品有DS16DS162TCN7LM7MAX6625。數(shù)字溫度控制器適配各種微控制器，構成數(shù)字化溫控系統(tǒng)；它們還可以脫離微控制器單獨工作，自行構成一個溫控儀。 總線技術的標準化與規(guī)范化：目前，數(shù)字溫度傳感器的總線技術也實現(xiàn)了標準化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線(1Wire)總線、I2C 總線、SMBus 總線和 spI 總線。溫度傳感器作為從機可通過專用總線接口與主機進行通信。 畢業(yè)設計32 可靠性及安全性設計：傳統(tǒng)的 A/D 轉換器大多采用積分式或逐次比較式轉換技術，其噪聲容限低，抑制混疊噪聲及量化噪聲的能力比較差。新型智能溫度傳感器(例如 TMP03/0LM7LM83)普遍采用了高性能的 Σ－Δ 式 A／Ｄ轉換器，它能以很高的采樣速率和很低的采樣分辨力將模擬信號轉換成數(shù)字信號，再利用過采樣、噪聲整形和數(shù)字濾波技術，來提高有效分辨力。Σ－Δ 式 A／D 轉換器不僅能濾除量化噪聲，而且對外圍元件的精度要求低；由于采用了數(shù)字反饋方式，因此比較器的失調電壓及零點漂移都不會影響溫度的轉換精度。這種數(shù)字溫度傳感器兼有抑制串模干擾能力強、分辨力高、線性度好、成本低等優(yōu)點。為了避免在溫控系統(tǒng)受到噪聲干擾時產生誤動作，在AD7416/7417/781LM75／7MAX6625／6626 等數(shù)字溫度傳感器的內部，都設置了一個可編程的“故障排隊(fAultqueue)”計數(shù)器，專用于設定允許被測溫度值超過上、下限的次數(shù)。僅當被測溫度連續(xù)超過上限或低于下限的次數(shù)達到或超過所設定的次數(shù) n(n=1~4)時，才能觸發(fā)中斷端。若故障次數(shù)不滿足上述條件或故障不是連續(xù)發(fā)生的，故障計數(shù)器就復位而不會觸發(fā)中斷端。這意味著假定 n=3 時，那么偶然受到一次或兩次噪聲干擾，都不會影響溫控系統(tǒng)的正常工作。LM76 型數(shù)字溫度傳感器增加了溫度窗口比較器，非常適合設計一個符合ACPI(Advanced Configuration And Power Interface，即“先進配置與電源接口”)規(guī)范的溫控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有完善的過熱保護功能，可用來監(jiān)控筆記本電腦和服務器中 CPU 及主電路的溫度。微處理器最高可承受的工作溫度規(guī)定為tH，臺式計算機一般為 75℃，高檔筆記本電腦的專用 CPU 可達 100℃。一旦CPU 或主電路的溫度超出所設定的上、下限時， INT 端立即使主機產生中斷，再通過電源控制器發(fā)出信號，迅速將主電源關斷起到保護作用。此外，當溫度超過 CPU 的極限溫度時, 也能直接關斷主電源，并且該端還可通過獨立的硬件關斷電路來切斷主電源，以防主電源控制失靈。上述三重安全性保護措施已成為國際上設計溫控系統(tǒng)的新觀念。 為防止因人體靜電放電(ESD)而損壞芯片。一些數(shù)字溫度傳感器還增加了ESD 保護電路，一般可承受 1000~4000V 的靜電放電電壓。通常是將人體等效于由 100PF 電容和 歐姆電阻串聯(lián)而成的電路模型，當人體放電時，TCN75 型數(shù)字溫度傳感器的串行接口端、中斷／比較器信號輸出端和地址輸入端均可承受 1000V 的靜電放電電壓。 最新開發(fā)的數(shù)字溫度傳感器(例如 MAX665LM83)還增加了傳感器故障檢測功能，能自動檢測外部晶體管溫度傳感器(亦稱遠程傳感器)的開路或短路故障。MAX6654 還具有選擇“寄生阻抗抵消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英文縮寫為 prc)模式，能抵消遠程傳感器引線阻抗所引起的測基于單片機的數(shù)字溫度計設計33溫誤差，即使引線阻抗達到 100 歐姆，也不會影響測量準確度。遠程傳感器引線可采用普通雙絞線或者帶屏蔽層的雙絞線。4. 總結在傳統(tǒng)的測溫電路設計中，使用熱敏電阻之類的溫度傳感元件，利用其感溫效應，將被測溫度轉換成電壓或電流采集過來，進行 A/D 轉換，將模擬溫度值轉換成對應的數(shù)字溫度值，再通過顯示設備顯示出來。這種電路需要 A/D 轉換電路，所以電路相對復雜。智能溫度傳感器集成了 A/D 轉換器，可以很容易的連接到單片機的 I/O 口。隨著工業(yè)生產效率的不斷提高，自動化水平與范圍的不斷擴大，對溫度傳感器的要求也越來越高。所以在擴展測溫范圍、擴大測溫對象、顯示數(shù)字化和檢定自動化等方面的研究應投入更多的時間和精力。四、參考文獻郭[1] （簡明修訂版）.杭州：北京航空航天大學出版社，1998[2] ［Ｍ］.北京：北京航空航天大學出版社，1994[3] （第三版）. 北京：高等教育出版社，1989[4] ［J］.電工技術，1999.[5] 新穎電子模塊應用手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2020[6] 周美娟. 單片機技術及系統(tǒng)設計[M]. 北京：清華大學出版社，2020.[7] 韓志軍 沈晉源 ——入門向導與設計實例[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2020[8] 王幸之 系列單片機原理與接口技術[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2020 [10] Yang. Y., Yi. J., Woo, ., and Kim. B.: ‘Optimum design for linearityand efficiency of microwave Doherty amplifier using a new loadmatching technique’, Microw. J.[J], 2020, 44, (12), pp. 20–36[11] Laboratory at the NASA Langley Research Center. The Data Acquisition and Control Systems of the Jet Noise.[M] 1998.[12] 滕召勝，李繼鋒，黃大春，等. 基于數(shù)字溫度傳感器 DS1620 的儲糧溫度自動測試系統(tǒng)[J].儀表技術和傳感器，2020， （2）：2830.[13] 王主軍. 數(shù)字式溫度測控芯片 DS1620 在溫度測量中的應用[J].電子技術應用，1999，25（6）：7172.[14] 劉洋,吳雙,[M].中國儀器儀 畢業(yè)設計34表,2020,11:13[15] 孫涵芳，[M].北京:北京航空航天大學出版社，1988:105[16] 張琳娜，劉武發(fā)．傳感檢測技術及應用[M]．中國計量出版社，1999:52.[17] [J].江漢大學學報,1996:102.[18] 周向紅， 系列單片機應用于實踐教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2020:118200[19] 占沙友 .智能化集成溫度傳感器原理及應用 [M].機械工業(yè)出版社，2020:3435.[20] 趙健，[J].電子技術，2020年 09 期:23.基于單片機的數(shù)字溫度計設計35畢業(yè)設計（論文）開題報告題目：　　　　　　　　數(shù)字溫度計設計　　　　　　　　　　　 　　　　 　　專業(yè)：電子信息工程1 選題的背景、意義溫度測量在物理實驗、醫(yī)療衛(wèi)生、食品生產等領域，尤其