基于51单片机的温度测量系统的设计摘 要: 单片机在检测和控制系统中得到广泛的应用, 温度则是系统常需要测量、控制和保持的一个量。 本文从硬件和软件两方面介绍了AT89C2051单片机温度控制系统的设计,对硬件原理图和程序框图作了简洁的描述。 关键词: 单片机AT89C2051;温度传感器DS18B20;温度;测量 引言 单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛,并且在很多电子产品中也将其用到温度检测和温度控制。为此在本文中作者设计了基于atmel公司的AT89C2051的温度测量系统。这是一种低成本的利用单片机多余I/O口实现的温度检测电路, 该电路非常简单, 易于实现, 并且适用于几乎所有类型的单片机。 一系统硬件设计 系统的硬件结构如图1所示。1数据采集 数据采集电路如图2所示, 由温度传感器DS18B20采集被控对象的实时温度, 提供给AT89C2051的P2口作为数据输入。在本次设计中我们所控的对象为所处室温。当然作为改进我们可以把传感器与电路板分离,由数据线相连进行通讯,便于测量多种对象。 DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚TO-92小体积封装形式;温度测量范围为-55℃~+125℃,可编程为9位~12位A/D转换精度,测温分辨率可达0625℃,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出,支持3V~5V的电压范围,使系统设计更灵活、方便;其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生;多个DS18B20可以并联到3根或2根线上,CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。分辨率设定,及用户设定的报警温度存储在EEPROM中,掉电后依然保存。DS18B20使电压、特性有更多的选择,让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。如图2所示DS18B20的2脚DQ为数字信号输入/输出端;1脚GND为电源地;3脚VDD为外接供电电源输入端。 AT89C2051(以下简称2051)是一枚8051兼容的单片机微控器,与Intel的MCS-51完全兼容,内藏2K的可程序化Flash存储体,内部有128B字节的数据存储器空间,可直接推动LED,与8051完全相同,有15个可程序化的I/O点,分别是P1端口与P3端口(少了P6)。2接口电路 图2 单片机2051与温度传感器DS18B20的连接图接口电路由ATMEL公司的2051单片机、ULN2003达林顿芯片、4511BCD译码器、串行EEPROM24C16(保存系统参数)、MAX232、数码管及外围电路构成, 单片机以并行通信方式从P0~P7口输出控制信号,通过4511BCD译码器译码,用2个共阴极LED静态显示温度的十位、个位。 串行EEPROM24C16是标准I2C规格且只要两根引脚就能读写。由于单片机2051的P1是一个双向的I/O端口,所以在我们在设计中将P1端口当成输出端口用。由图2可知,P7作为串性的时钟输出信号与24C16的第6脚相接,P6则作为串行数据输出接到24C16的第5脚。P 4和P5则作为两个数码管的位选信号控制,在P4=1时,选中第一个数码管(个位);P5=1时,选中第二个数码管(十位)。P0~P3的输出信号接到译码器4511上作为数码管的显示。此外,由于单片机2051的P3端口有特殊的功能,P0(RXD)串行输入端口,P1(TXD)串行输出端口,P2(INTO)外部中断0,P3(INT1)外部中断1P4,(T0) 外部定时/计数输入点,P5(T1)外部定时/计数输入点。由图2可知,P0和P1作为与MAX232串行通信的接口;P2和P3作为中断信号接口;P4和P5作为外部定时/记数输入点。P7作为一个脉冲输出,控制发光二极管的亮灭。 由于在电路中采用的共阴极的LED数码管,所以在设计电路时加了一个达林顿电路ULN2003对信号进行放大,产生足够大的电流驱动数码管显示。由于4511只能进行BCD十进制译码,只能译到0至9,所以在这里我们利用4511译码输出我们所需要的温度。 3报警电路简介 图3 温度在七段数码管上显示连接图本文中所设计的报警电路较为简单,由一个自我震荡型的蜂鸣器(只要在蜂鸣器两端加上超过3V的电压,蜂鸣器就会叫个不停)和一个发光二极管组成(如图3所示)。在这次设计中蜂鸣器是通过ULN2003电流放大IC来控制。在我们所要求的温度达到一定的上界或者下界时(在文中我们设置的上界温度是45℃,下界温度是5℃),报警电路开始工作,主要程序设计如下: main()//主函数 {unsigned char i=0;
unsigned int m,n;
while(1)
{i=ReadTemperature();//读温度} if(i>0 && i<=10) //如果温度在0到10度之间直接给七段数码管赋值 {P1=designP1[i];} else//如果温度大于10度 {m=i%10;//先给第一个七段数码管赋值
D1=1;
D2=0;
P1=designP1[m];
n=i/10;//再给第二个七段数码管赋值
D1=0;
D2=1;
P1=designP1[n];
if(n>=4&&m>=5)%%(m<=5)//判断温度的取值范围,如果大于45或小于5度,则蜂鸣器叫,发光二极管闪烁
{ int a,b;
Q1=1;//蜂鸣器叫
for(a=0;a<1000;a++)//发光二极管闪烁
for(b=0;b<1000;b++)
Q2=1;
for(a=0;a<1000;a++)
for(b=0;b<1000;b++)
Q2=0;}}}