基于單片機的數字溫度計設計

時間：2025-12-02 11:34:23 電氣自動化畢業論文

基于單片機的數字溫度計設計

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　　摘要：隨著國民經濟的發展，人們需要對各中加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中溫度進行監測和控制。介紹一種基于AT89C51單片機的一種溫度測量及報警電路，該電路采用DS18820作為溫度監測元件，測量范圍0℃～+100℃，使用LED模塊顯示，能設置溫度報警上下限。詳細給出了軟硬件系統的各部分電路，該電路設計新穎、功能強大、結構簡單，在數字、智能化方面有廣泛的用途。

　　關鍵詞：溫度測量　DS18820　AT89C51單片機　LM016L液晶模塊

　　近年來單片機發展十分迅速，一個以微機應用為主的新技術革命浪潮正在蓬勃興起，單片機的應用已經滲透到電力、冶金、化工、建材、機械、食品、石油等各個行業。溫度控制系統在國內各行各業的應用雖然已經十分廣泛，傳統的溫度控制方式，主要缺點是溫度波動范圍大，不能滿足高精度，高速度的控制要求。本文將介紹一種基于單片機控制的數字溫度計，具有體積小、可靠性高、抗干擾能力強和使用方便等獨特優點，在數字、智能化方面有廣泛的用途。

　　1　系統硬件構成

　　本次設計主要由單片機、測溫模塊、顯示模塊、報警模塊、按鍵模塊、復位電路和晶振電路構成。利用單片機控制溫度傳感器進行實時溫度檢測并顯示，能夠實現快速測量環境溫度，并可以根據需要設定上下限報警溫度。該系統擴展性非常強，它可以在設計中加入時鐘芯片以獲取時間數據，在數據處理同時顯示時間，并且可以對某些時間點的溫度數據進行存儲，利用鍵盤來進行調時和溫度查詢，獲得的數據可以通過串口與計算機進行串口通信，方便的采集和整理時間溫度數據。

　　2　關鍵硬件設計

　　2.1　單片機的選擇

　　單片機AT89C51具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統的設計需要，很適合便攜手持式產品的設計使用系統可用二節電池供電。

　　80C51有40個引腳，4個8位并行I/O口，1個全雙工異步串行口，同時內含5個中斷源，2個優先級，2個16位定nO/計數器。80C51的存儲器系統由4K的程序存儲器(掩膜ROM)，和128B的數據存儲器(mm)組成。

　　2.2　溫度傳感器

　　DALLAS最新單線數字溫度傳感器DS18820是一種新型的“一線器件”，其體積更小、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經濟。溫度測量范圍為-55～+125攝氏度，可編程為9位～12位轉換精度，測溫分辨率可達0.0625攝氏度，分辨率設定參數以及用戶設定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。被測溫度用符號擴展的16位數字量方式串行輸出;其工作電源既可以在遠端引入，也可以采用寄生電源方式產生;多個DS18820可以并聯到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18820通信，占用微處理器的端口較少，可節省大量的引線和邏輯電路。因此用它來組成一個測溫系統，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數字溫度計，十分方便。

　　DS18820可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18820的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖2所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的DS18820時鐘周期內提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。當DS18820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，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發送接口必須是三態的。

　　2.3　LCD液晶顯示

　　顯示器是人與機器溝通的重要界面，本文采用LM016L做為顯示屏。LM016L液晶模塊采用HD44780控制器，HD44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現字符移動，閃爍等功能，LM016L與單片機MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，HD44780控制器由兩個8位寄存器，指令寄存器(IR)和數據寄存器(DR)忙標志(BF)，顯示數mm(DDmm)，字符發生器ROMA(cGOROM)字符發生器mm(CGmm)，地址計數器mm(Ac)。IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，DR用于寄存數據，數據由內部操作自動寫入DDmm和CGmm，或者暫存從DDmm和CGmm讀出的數據，BF為1時，液晶模塊處于內部模式，不響應外部操作指令和接受數據，DDTAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼，CGROM由8位字符碼生成5*7點陣字符160中和5*10點陣字符32種。

　　如圖3所示，用89C51的P2口作為數據線，用P3.2、P3.1、P3.0分別作為LCD的E、R/W、RS。其中E是下降沿觸發的片選信號，R/W是讀寫信號，RS是寄存器選擇信號本模塊設計要點如下：顯示模塊初始化：首先清屏，再設置接口數據位為8位，顯示行數為1行，字型為5～7點陣，然后設置為整體顯示，取消光標和字體閃爍，最后設置為正向增量方式且不移位。向LCD的顯示緩沖區中送字符，程序中采用2個字符數組，一個顯示字符，另一個顯示電壓數據，要顯示的字符或數據被送到相應的數組中，完成后再統一顯示，首先取一個要顯示的字符或數據送到LCD的顯示緩沖區，程序延時2.5ms,判斷是否夠顯示的個數，不夠則地址加一取下一個要顯示的字符或數據。

　　2.4　串口通訊模塊

　　80C51內部已集成通信接口URT，只需擴展一片MAX232芯片將輸出信號轉換成RS-232協議規定的電平標準,MAX232是一種雙組驅動器，接收器，每個接收器將EIA/TIA-232-E電平輸入轉換為5V TTL/CMOS電平。・每個驅動器將TTL/CMOS輸入電平轉換為EIA/TIA-232-E電平。即EIA接口，就是把5V轉換為-8V到*15V電位0V轉換為8V到15V再經RXD輸出，接收時由RXD輸入，把-8V到-15V電位轉換為5V，8V到15V轉換為OV。MAX232的工作電壓只需5V，內部有振蕩電路產生正負9V電位。

　　3　軟件程序設計

　　從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監控軟件(主程序)，它是整個控制系統的核心，專門用來協調各執行模塊和操作者的關系。二是執行軟件(子程序)，它是用來完成各種實質性的功能如測量、計算、顯示、通訊等。每一個執行軟件也就是一個小的功能執行模塊。這里將各執行模塊一一列出，并為每一個執行模塊進行功能定義和接口定義。各執行模塊規劃好后，就可以規劃監控程序了。首先要根據系統的總體功能選擇一種最合適的監控程序結構，然后根據實時性的要求，合理地安排監控軟件和各執行模塊之間地調度關系。主程序流程見圖4。

　　4　結論

　　數字溫度計可以在很多領域得到廣泛應用，在一些人不能直接進入的場所，利用單片機控制的數字溫度計，可以設置并方便的控制其中的溫度，當溫度超過所要求的溫度時，可發生報警。

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