基于AT89C2051的數(shù)字溫度計設(shè)計

單片機控制已成為今天電子設(shè)計追-求的目標之一，本文將這種控制技術(shù)應(yīng)用于溫度測量中。AT89C2051是美國Atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含有2 KB的反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和128 B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)。美國DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DSl-8B20型單線智能溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能傳感器。數(shù)字溫度計是以DS18B20為檢測元件，由AT89C2051作為主控制器的溫度計，具有功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、讀數(shù)方便、測溫范圍廣、測溫準確的特點。

1 電路構(gòu)成及工作原理
1．1 硬件設(shè)計
    由AT89C2051構(gòu)成的溫度計主要由三部分組成：DSl8B20溫度傳感器、單片機AT89C2051、由LED數(shù)碼管構(gòu)成的顯示模塊。其系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。DSl8B20作為單片機AT89C2051的外部信號源，把所采集到的溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過I／O接口傳給2051，2051啟動ROM內(nèi)的控制程序驅(qū)動LED數(shù)碼管，通過I／O接口和數(shù)據(jù)線(單片機和數(shù)碼管的接口)把數(shù)據(jù)傳送給數(shù)碼管，將采集到的溫度顯示出來。

1．2 總電路圖
    基于AT89C2051的溫度測量系統(tǒng)電路圖把溫度轉(zhuǎn)化成帶符號的數(shù)字信號(以十六位補碼形式，占兩個字節(jié))，若采用帶屏蔽的雙絞電纜線，連線的長度可以達到150 m，輸出腳I／0直接與單片機的P3．4相連，R1為上拉電阻，傳感器采用外部電源供電。AT89C2051是整個系統(tǒng)的核心部分，內(nèi)含2 KB的FLASH ROM，用戶程序存放在這里。顯示器模塊由四位一體的共陽數(shù)碼管和四個9012組成。系統(tǒng)程序分傳感器控制程序和顯示器程序兩部分，傳感器控制程序是按照DSl8B20的通信協(xié)議編制。系統(tǒng)的工作是在程序控制下，完成對傳感器的讀寫和對溫度的顯示。
    產(chǎn)品的主要技術(shù)指標：測量范圍：-55～+125℃，測量精度：0．5℃；反應(yīng)時間小于等于500 ms。

2 軟件設(shè)計
2．1 采集模塊
    該模塊選用單線溫度傳感器DSl8B20完成溫度采集。單片機AT89C51對DSl8B20訪問流程如下：先對DSl8B20初始化，再進行ROM操作命令，最后才能對存儲器操作。DSl8B20每一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協(xié)議。根據(jù)DSl8B20的通訊協(xié)議，需經(jīng)三個步驟：每一次讀寫之前都要對DSl8B20進行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令(指令代碼CCH)并置標志位，根據(jù)標志位來判斷是否初始化成功，最后發(fā)送RAM指令(指令代碼44H)DSl8B20開始轉(zhuǎn)換，再讀出溫度轉(zhuǎn)換值(指令代碼BEH)，讀取的溫度值高位字節(jié)送27H單元，低位字節(jié)送26H單元，再按照溫度值字節(jié)的表示格式及其符號位，經(jīng)過簡單的變換即可得到實際溫度值。

2．2 主處理模塊
    主處理模塊主要是將各個模塊進行協(xié)調(diào)處理以實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。主處理模塊首先完成初始化工作，初始化后進入循環(huán)處理，在循環(huán)過程中獲得采集模塊的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進行處理，根據(jù)處理后的結(jié)果進行顯示。主處理的流程圖如圖3所示。

2．3 顯示模塊
    采用動態(tài)掃描的方法，其中P3．O，P3．1，P3．2，P3．3控制位選，P1控制段選。由P3．O，P3．1，P3．2，P3．3向各位輪流輸出掃描信號，使每一瞬間只有一個數(shù)碼管被選通，然后由P1送入該位所要顯示的字形碼，點亮該位字形段顯示的字形。在P1送出的碼段和P3．0，P3．1，P3．2，P3．3送出的位段的配合控制下，使各個數(shù)碼管輪流點亮顯示各自的字形。

3 結(jié)語
    該設(shè)計測溫傳感器采用改進型智能溫度傳感器DSl8B20，測溫范圍為-55～+125℃，最大分辨率可達0．062 5℃，可以直接讀出被測溫度值，而且采用單線制與單片機相連，減少了外部的硬件電路，同時可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微機處理。