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基于ATC51单片机的数字温度计的设计与研究
长春职业技术学院 丁 磊 佟 彤
摘 要：随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现．能够工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域。本文将介绍一种基于ATC51单片机数字温度计，本温度计具有以下创新功能：高低温告警、温度储存、温度自动调节。
关键词：单片机 数字温度控制 ATC51 DS18B20
一、概述
随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够工作的温度检测和显示系统被应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低，但需后续信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，检测系统也有一定的误差。与传统的温度计相比，本项目设计的数字温度计具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。该温度计具有制作简单、成本低、读数方便、测温范围广和测温准确等优点，应用前景广泛。
二、设计方案
选用ATC51型单片机作为主控制器件，DS18B20作为测温传感器，通过4个共阳极LED数码管串口传送数据，实现温度显示。通过DSl8820直接读取被测温度值，进行数据转换，该器件的物理化学性能稳定，线性度较好，在-30℃～150℃最大误差小于正负0．5℃。该器件可直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。另外，该温度计还能直接采用测温器件测量温度，从而简化数据传输与处理过程。
1.单片机的选择
ATC51单片机作为该系统设计的核心元器件。该元器件是Intel公司生产的5l系列单片机中最典型的产品，采用了可靠的高性能CMOS 8位工艺制造技术的单片机。ATC2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除100次的只读存储器的单片机。它不仅结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，而且继承和扩展了MCS一48单片机的体系结构和指令系统。
2.温度传感器与单片机的连接
温度传感器的单总线与单片机的P2．0端口连接，P2．0端口是单片机的高位地址线A8。P2端口是一个带内部上拉电阻的8位双向I／O，其输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对该端口写“1”，可通过内部上拉电阻将其端口拉至高电平，此时可作为输入口使用，这是因为内部存在上拉电阻，某一引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时。例如执行MOVX DPTR指令，则表示P2端口送出高8位的地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，可执行MOVX RI指令，P2端口内容即为特殊功能寄存器(SFR)区中R2寄存器内容，整个访问期间不改变。在Flash编程和程序校验时，P2端口也接收高位地址和其他控制信号。
3.复位信号及外部复位电路
单片机的P1．6端口是MAX813看门狗电路中喂狗信号的输入端，即单片机每执行一次程序就设置一次喂狗信号，清零看门狗器件。若程序出现异常，单片机引脚RST将出现两个机器周期以上的高电平，使其复位。该复位信号高电平有效，其有效时间应持续24个振荡脉冲周期即两个机器周期以上。若使用频率为12 MHz的晶体振荡器，则复位信号持续时间应
超过2μs才完成复位操作。
4.单片机与报警电路
系统中的报警电路是由发光二极管和限流电阻组成，并与单片机的P1.2端口连接。P1端口的作用和接法与P2端口相同，不同的是在Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址数据。
5.电源电路
由于该系统需要稳定的5 V电源，因此设计时必须采用能满足电压、电流和稳定性要求的电源。该电源采用三端集成稳压器LM7805。它仅有输入端、输出端及公共端3个引脚，其内部设有过流保护、过热保护及调整管安全保护电路．由于所需外接元件少，使用方便、可靠，因此可作为稳压电源。
6.显示电路
采用技术成熟的74HCl实现串并转换。LED显示分为静态显示和动态显示。这里采用静态显示，系统通过单片机的串行口来实现静态显示。串行口为方式零状态，即工作在移位寄存器方式，波特率为振荡频率的1／12。当器件执行任何一条将SBUF作为目的寄存器的命令时，数据便开始从RXD端发送。在写信号有效时，相隔一个机器周期后发送控制端SEND有效，即允许RXD发送数据，同时允许从TXD端输出移位脉冲。
7. MAX813看门狗电路
系统中把P1．6作为MAX813看门狗的“喂狗”信号，将MAX813看门狗的RESET与单片机的复位信号RST连接。由于单片机每执行一次程序，就会给看门狗器件一个复位信号，这样也可以用手工方式实现复位。当按键按下时，SW—SPST就会在MAX813引脚产生一个超过200 ms的低电平，其实看门狗器件在1．6 s时间内没有复位，使7引脚输出一个复位信号的作用是相同的。
8.数据测试
将温度传感器与冰水混合物接触，经过充分搅拌达到热平衡后调节系统，使显示读数为0．00(标定0℃)；利用气压计读出当时当地的大气压强，并根据大气压强和当地重力加速度计算出当时的实际压强；根据沸点与压强的关系查出沸点温度。把温度传感器放入沸水中，待显示读数稳定后重新调节，使显示器显示读数等于当地当时沸点温度后工作结束。该温度计的量程为一30℃～150℃，读数精度为0．5℃，实际使用一般在0℃～100℃。采用0℃～50℃和50℃～100℃的精密水银温度计作检验标准，对设计的温度计进行测试，其结果表明能达到该精度要求。
三、结束语
顺应社会发展和科技进步的客观要求，意识到创新是前进的不竭动力。该项目研究的目地在于使学生们在专业知识扎实的基础上，相互协作前提下，以前人的经验为阶梯，进一步研发出更有创新点的新产品，让学生们学以致用，达到学习该专业的真正要求及目标。
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