简易数字温度计的设计与制作
基于单片机的简易数字温度计的设计
基于单片机的简易数字温度计的设计张逊摘要本文介绍了一种基于单片机的简易数字温度计的设计。
该设计主要由三个模块组成：温度采集模块，数据处理模块及显示模块。
温度采集主要由温度传感器DS18B20来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量在传送到数据处理模块。
数据处理则由芯片STC89C52RC来完成，其负责把DS18B20传送来的数字量经过一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；此外,它还控制着芯片DS18B20相互通讯。
该系统的数字温度计电路简单，所用的元件较少，成本低，且测量精度和可靠性较高。
此数字温度计可以测量得温度范围—55~+125℃并通过一个四位一体的7段数码管显示出来。
关键词单片机；数字温度计；温度传感器；STC89C52RC；DS18B20Based on single chip simple digitalthermometer designZhangXunAbstract This paper introduces a kind of based on single chip simple digital thermometer design. This design mainly consists of three modules: temperature acquisition module, data processing module and display module. Temperature acquisition is mainly composed of temperature sensor DS18B20 to complete, it is responsible for the collection of the analog conversion to the corresponding digital quantity in the transfer to the data processing module. Data processing by the chip STC89C52RC to complete, which is responsible for the DS18B20 transfer to the digital quantity in the course of data processing, produce the corresponding display code to display module display; In addition, it also control the chip DS18B20 mutual communication.The system of the digital thermometer circuit is simple, the element used less, low cost, and high measuring accuracy and reliability. The digital thermometer can measure temperature range - 55 ~ + 125 ℃and through a quaternity seven period of digital tube display.Keywords Single-chip microcontroller; Digital thermometer; Temperature sensor;AT89C51; DS18b20目录1 引言 (1)2 设计总体方案 (2)2.1设计要求 (3)2.2 设计思路 (4)2.3 设计方案 (5)3 硬件电路设计 (6)3.1 温度采集模块 (3)3.2 单片机系统 (9)3.3 复位电路和时钟电路 (16)3.4 数码管显示系统设计 (18)3.5 总体电路设计 (21)4 程序设计 (14)4.1 程序设计总方案 (23)4.2 系统子程序设计 (23)5面包电路的搭建 (25)5.1 硬件的调试 (25)5.2 显示结果分析 (18)6实物的制作 (19)结论 (37)参考文献 (38)附录程序代码 (22)致谢 (39)1 引言在环境的舒适度测量中，温度、湿度和空气质量是最基本的三个被测量，其中温度的测量最为经常。
简易温度计制作原理及过程
简易温度计制作原理及过程
简易温度计是一种利用物质热胀冷缩原理来测量温度的装置。
下面将详细介绍简易温度计的制作原理及过程。
一、感知温度变化
简易温度计的核心原理是利用物质热胀冷缩的性质来感知温度变化。
当温度升高时，物质会膨胀；当温度降低时，物质会收缩。
这个性质使得物质能够随着温度的变化而产生体积上的变化。
二、选择测温物质
选择适当的测温物质是制作简易温度计的关键步骤之一。
常用的测温物质有水银、酒精、煤油等。
这些物质在常温下具有一定的稳定性，且热胀冷缩的性质明显，适合用于制作温度计。
三、制作温度计管
温度计管是用来盛放测温物质的容器，其制作材料可根据实际情况选择玻璃、塑料等。
将管子的一端封口，另一端留作注入测温物质和读取温度之用。
四、填充测温物质
将选定的测温物质注入温度计管中，确保测温物质充满整个管子，不留任何空隙。
然后封住管子的开口端，以固定测温物质。
五、标记刻度
根据测温物质的性质和所需测量的温度范围，在管子上标记刻度。
通常情况下，将管子平均分成若干等份，每一份代表一定的温度值。
例如，如果将管子分成100份，则每一份代表0.5℃的温度变化。
六、完成制作
完成上述步骤后，简易温度计便制作完成。
将温度计放置在需要测量温度的环境中，观察测温物质在管子上的位置，即可读出相应的温度值。
注意事项：在制作和使用简易温度计时，应注意安全问题。
例如，水银具有一定的毒性，应避免与皮肤接触；酒精易燃，应远离火源。
同时，由于简易温度计的测温范围有限，因此不应用于测量过高或过低的温度。
数字式温度计的设计与制作
设计三数字式温度计的设计与制作一、目的和要求1.目的（1）通过本次综合设计，进一步了解智能传感与检测技术的基本原理、智能检测系统的建立和智能检测系统的设计过程。
（2）学生设计制作出数字式温度计，提高学生有关工程系统的程序设计能力，。
（3）进一步熟悉掌握单片机技术、c 语言、汇编语言等以及在智能检测设计中的应用。
2.要求（1）充分理解设计内容，并独立完成综合设计报告。
（2）综合设计报告要求：综合设计题目，综合设计具体内容及实现功能，结果分析、收获或不足，程序清单，参考资料。
二、实验设备及条件热电偶Easypro编程软件热电偶或智能传感器DS18B20Keil c安装盘PC机、剥线钳、面包板、镊子、导线、电源、示波器、万用表、频率计单片机及其外围电路所需元器件烙铁、焊接板等焊接工具万用表电源TEKTRONIX TDS1002 60MHZ示波器三、实验原理、内容本实验培养学生了解便携式数字仪表的制作，数字式显示仪表是一种以十进制数形式显示被测量值的仪表，与模拟式的显示仪表相比较，数字显示仪表具有读数直观方便，无读数误差准确度高，响应速度快，易于和计算机联机进行数据处理等优点。
数字式显示仪表的基本构成方式如下，图中各基本单元可以根据需要进行组合，以构成不同用途的数字式显示仪表。
将其中一个或几个电路制成专用功能模块电路，若干个模块组装起来，即可以制成一台完整的数字式显示仪表。
其核心部件是模拟/数字转换器，可以将输入的模拟信号转换成数字信号，以A/D转换器为中心，可将显示仪表内部分为模拟和数字两大部分。
仪表的模拟部分一般设有信号转换和放大电路，模拟切换开关等环节。
信号转换电路和放大电路的作用是将来自各种传感器或变换器的被测信号转换成一定范围内的电压值并放大到一定幅值，以供后续电路处理。
仪表的数字部分一般由计数器，译码器，时钟脉冲发生器，驱动显示电路以逻辑控制电路等组成。
经放大后的模拟信号由A/D转换器转换成相应的数字量后，译码，驱动，送到显示器件去进行数字显示。
数字温度计的设计与制作课件
3.2 温度检测电路
VCC接高电平，DQ端接单片机的 P3.4口，这里利用了P3.4口双向 I/O口作用，单片机从DS18B20 读取温度和报警温度，此时作为 输入口，当设置报警温度时单片 机向DS18B20内部存储器写入数 据，此时作为数据输出端口。DQ 与VCC之间需要一个电阻值约为 5KΩ的上拉电阻。
单
报警设备
片
机
（ADC0809)
1.2 方案二：采用数字温度芯片DS18B20
AT98C51 DS18B20
报警点温度设置
液 晶
感 器
温 度
显
主
示
控
单制 片器 机
报 警 设
备
传
二 系统器件的选择
2.1 单片机的选择
AT89S52为 ATMEL 所生 产的一种低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有8K在系统可编 程Flsah存储器。
3.3 液晶显示电路
在液晶显示电路的设计中选择具有单 向输出数据功能的P0端口向液晶显示 模块提供数据，P2.5、P2.6、P2.7口 作为控制液晶显示模块的端口，在PO 口上需要外加上拉电阻，才可以使液晶 显示模块正常显示。
3.4 报警电路设计
报警电路中使用P1.4-P1.7作为 控制按键输入端口，P1.0、P1.2 作为报警指示灯端口，P2.3作为 报警蜂鸣器端口，当它们对应的 端口为低电平时就会报警。
主要内容
一：设计方案选择 二：元器件的选择 三：设计过程 四：制作成果
一 设计方案选择
数字温度计的制作方法有很多种，最常见的有两种，一种 是利用热敏电阻测量温度的电路，另一种是利用数字温度 传感器DS18B20测量温度的电路。
1.1 方案一：采用热敏电阻
数字式温度计的设计和制作
► 对 NTC 热敏电阻数字体温计进行检验 通过升温，记录不同温度下电压表的示数和温度传感器的示数，对二者进行比较。
θ（℃） U（mV）
34.1
34.12
U-θ 0.02
- 11 -
数字式温度计的设计和制作 何安珣（09300190088）
五、实验数据和现象记录
1.测量 AD590 集成温度传感器的温度特性
► 确定 AD590 工作电压的范围 按照图 3 连接电路，电阻箱取 5,000Ω。改变电源电压值，记录数据如下：
U0(V) 1.53 3.02 3.51 4.00 4.51 6.00 7.51 9.08 10.52 12.05 13.51 15.00 16.50 18.00 19.52
2.NTC 热敏电阻
► 在恒定电流的情况下，研究 NTC 热敏电阻的零功率阻值与温度的关系。
图4 NTC 温度特性测量电路
按图4连接电路，ε取定值，R1和 R2取值相等。通过调节 R3是电压表示数为0，此时 R3
-5-
数字式温度计的设计和制作 何安珣（09300190088） 的值即为 NTC 的电阻值。记录下温度 T 和 R3的值，绘制 Rx-1/T 曲线。 ► 用 NTC 热敏电阻制作量程为35℃～42℃范围的数字体温计。
U-θ -0.12 -0.06 -0.17 -0.16 -0.06 0.05 -0.13 0.05 0.04 0.03 0.05 -0.10
表3
绘制 U-θ曲线：
80
70
60
U/mV
50
40
30
20
20
30
电子技术课程设计报告 简易数字温度计的设计
河南机电高等专科学校电子技术课程设计报告设计课题：简易数字温度计的设计题目：简易数字温度计的设计一、设计任务与要求设计任务：设计出一个简易的数字温度计，用来测量0-100度之间的温度，使其度数显示在数字显示器上。
设计要求：1、制作出一个数字温度计。
2、画出整体电路图，写出课程设计报告。
3、同组同学的的设计不能雷同。
4、电路图中的图形必须本人亲自绘制。
5、每个同学必须有实物，并基本能工作。
二、方案设计与论证（1）方案一：本方案采用AD590单片集成两段式敢问电流源温度传感器对温度进行采集，采集的电压经过放大电路将信号放大，然后经过3.5位A/D转换器转换成数字信号，在进行模拟/数字信号转换的同时, 还可直接驱动LED显示器,将温度显示出来。
系统方框图如下：系统方案框图（2）方案二：使用数字传感器采集温度信号，然后将被测温度变化的电压或电流采集过来放大适当的倍数，进行A/D转换后，将转换后的数字进行编码，然后再经过译码器通过七段数字显示器将被测温度显示出来。
系统方案框图（3）方案三：使用温度频率转变电路，根据温度与频率的线性关系先将温度转变为频率，将转换的频率输入频率计中，频率计电路中通过放大整形电路、主门电路、计数器、锁存器、七段译码输出，在七段显示器中将频率显示出来，显示的频率即为对应的温度值。
方案的分析和比较方案一中的模数转换器ICL7107集A/D 转换和译码器于一体，可以直接驱动数码管，不仅省去了译码器的接线，使电路精简了不少，而且成本也不是很高。
ICL7107只需要很少的外部元件就可以精确测量0到200mv 电压，AD590可以将温度线性转换成电压输出。
而方案二经过A/D 转换后，需要先经过编码器再经过译码器才能将数字显示出来。
方案三只经过温度频率转换就可把温度用相应的频率显示出来，成本较低，可操作性较强。
比较上述三个方案，方案三明显优越于前两个方案，它用热敏电阻采集温度信号，用NE555将温度转化为频率输入频率计中，用CD40110驱动数码管直接实现数字信号的显示，实现数字温度计的设计；省去了另加编码器和译码器的设计，所以线路更简单、直观； 即采用方案三.三、单元电路设计与参数计算通过热敏电阻对温度进行采集，通过温度与频率近乎线性关系，以此来确定输出频率与其对应的温度，不同的温度对应不同的频率值，故我们可以通过频率值的改变来判断温度值，再由数码管表示出来。
51单片机数字温度计的设计与实现
51单片机数字温度计的设计与实现温度计是一种广泛使用的电子测量仪器，它能够通过感知温度的变化来提供精准的温度数值。
本文将介绍如何使用51单片机设计并实现一款数字温度计。
一、硬件设计1. 采集温度传感器温度传感器是用来感知环境温度的关键器件。
常见的温度传感器有DS18B20、LM35等。
在本次设计中，我们选择DS18B20温度传感器。
通过电路连接将温度传感器与51单片机相连，使51单片机能够读取温度传感器的数值。
2. 单片机选型与连接选择适合的51单片机型号，并根据其引脚功能图对单片机进行合理的引脚连接。
确保温度传感器与单片机之间的数据传输通畅，同时保证电源和地线的正确连接。
3. 显示模块选型与连接选择合适的数字显示模块，如数码管、液晶显示屏等。
将显示模块与51单片机相连，使温度数值能够通过显示模块展示出来。
4. 电源供应为电路提供稳定的电源，保证整个系统的正常运行。
选择合适的电源模块，并根据其规格连接电路。
二、软件设计1. 温度传感器读取程序编写程序代码，使用单片机GPIO口将温度传感器与单片机连接，并通过相应的通信协议读取温度数值。
例如，DS18B20采用一线制通信协议，需要使用单总线协议来读取温度数值。
2. 数字显示模块驱动程序编写程序代码，通过单片机的GPIO口控制数字显示模块的数码管或液晶显示屏进行温度数值显示。
根据显示模块的规格，编写合适的驱动程序。
3. 温度转换算法将温度传感器读取到的模拟数值转换为实际温度数值。
以DS18B20为例，它输出的温度数值是一个16位带符号的数，需要进行相应的转换操作才能得到实际的温度数值。
4. 系统控制程序整合以上各部分代码，编写系统控制程序。
该程序通过循环读取温度数值并进行数据处理，然后将处理后的数据送到数字显示模块进行实时显示。
三、实现步骤1. 硬件连接按照前文所述的硬件设计，将温度传感器、51单片机和数字显示模块进行正确的连接。
确保连接无误，并进行必要的电源接入。
数字温度计设计方案
数字温度计设计方案数字温度计是一种利用数字显示温度值的仪器，目前已广泛应用于家庭、实验室、医疗等领域。
为了设计一个稳定、可靠的数字温度计，以下是一个初步设计方案。
1. 传感器选择温度传感器是数字温度计的核心部件，常用的有热敏电阻、热电偶、半导体传感器等。
在设计中，我们可以选择适用范围广、精度高的数字温度传感器，如DS18B20。
该传感器具有数字接口、高精度、高稳定性等特点。
2. 微控制器选择微控制器是数字温度计的处理器，负责监测温度传感器的数据，并将其转化为数字信号。
在设计中，我们可以选择具有足够计算能力、低功耗的微控制器，如STM32系列中的STM32F103C8T6。
该微控制器具有高性能、低功耗、丰富的外设等特点，适合用于数字温度计的设计。
3. 电路设计在电路设计中，可以采用数字传感器和微控制器之间的串行通信方式，使用一对引脚（数据引脚和电源引脚）实现数据的传输和供电。
同时，需要添加稳压电路和滤波电路，保证电路的稳定性和抗干扰能力。
4. 数字显示模块选择数字显示模块是数字温度计的输出设备，负责将测得的温度值以数字形式显示出来。
在设计中，可以选择7段LED数码管，该数码管具有明亮的显示效果、低功耗、容易驱动等优点。
5. 电源选择数字温度计需要稳定的电源供电，可选择直流电源供电，电压范围5V。
在设计中，可以添加电源管理电路，包括稳压电路、过压保护、短路保护等，以增加设备的安全性和稳定性。
6. 程序设计程序设计是数字温度计的重要环节，需要编写相应的程序实现温度的测量、显示、存储等功能。
在程序设计中，可以使用C 语言或者嵌入式开发平台进行编程，实现温度测量值的读取、温度值的转换、温度值的显示等功能。
总之，以上是一个基本的数字温度计的初步设计方案，通过选择合适的传感器、微控制器、显示模块，并进行稳压电路和滤波电路的设计，再加上适当的程序编写，可以设计出一个稳定、可靠的数字温度计。
当然，具体的设计方案还需要参照实际需求进行调整和优化。
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简易数字温度计的设计与制作
来源：21IC中国电子网作者：郇玉龙赵宁
摘要：单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，温度则是人们日常生活中常常需要测量和控制的一个量。
本文作者采用AT89C51单片机和温度传感器AD5 90从硬件和软件两方面介绍了一款简易数字温度计的设计过程，并对硬件原理图和程序流程图作了简洁的描述。
关键词：单片机AT89C51；温度传感器AD590；数字温度计；模数转换；数码显示
1.前言
随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，温度传感器AD590具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等优点，广泛应用于冰箱、空调器、粮仓等日常生活中温度的测量和控制。
传统的温度计有反应速度慢、读数麻烦、测量精度不高、误差大等缺点，本文作者利用集成温度传感器AD590设计并制作了一款基于AT89C51的4位数码管显示的数字温度计，其电路简单，软硬件结构模块化，易于实现。
2.系统功能原理及硬件组成
该数字温度计利用AD590集成温度传感器及其接口电路完成温度的测量并转换成模拟电压信号，经由模数转换器ADC0804转换成单片机能够处理的数字信号，然后送到单片机AT89C51中进行处理变换，最后将温度值显示在D4、D3、D 2、D1共４位七段码LED显示器上。
系统以AT89C51单片机为控制核心，加上AD590测温电路、ADC模数转换电路、4位温度数据显示电路以及外围电源、时钟电路等组成。
系统组成框图如图1所示。
图1 系统组成框图
2.1 AT89C51单片机
Atmel公司的生产的AT89C51单片机是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机，内部除CPU外，还包括128字节RAM，4个8位并行I/O口，5个中断优先级，2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，片内集成4K字节可改变程序Flash存储器，具有低功耗，速度快，程序擦写方便等优点，完全满足本系统设计需要。
单片机P0口作为ADC0804转换数据的输入端，P2.0接ADC0804的INTR端检测数据转换是否结束。
P1.0～P1.3的输出信号接到译码器7447上作为数码管的显示，P1.4～P1.7则作为４个数码管的位选信号控制。
P3口有特殊的功能，P3. 6用于控制ADC0804的启动，P3.7用于控制读取ADC0804的转换结果。
2.2 AD590温度传感器
AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。
AD590测温范围为－55℃～＋150℃，满足人们日常生产和生活中的温度范围。
AD590电源电压可在4V～6V范围变化，可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。
AD590产生的电流与绝对温度成正比，它有非常好的线性输出性能，温度每增加1℃，其电流增加1μA。
AD590温度与电流的关系如下表所示：
为了提高精度，扩大测量范围，在A/D转换前还要将信号加以放大并进行零点迁移，因而一个高稳定性的、高精度的放大电路是必须的。
当温度变化时，A D590会产生电流变化，当AD590的电流通过一个10kΩ的电阻时，这个电阻上的压降为10mV，即转换成10mV／K，为了使此10kΩ电阻精确，可用一个9kΩ的电阻与一个2kΩ的电位器串联，然后通过调节电位器来获得精确的10kΩ。
运算放大器A1被接成电压跟随器形式，以增加信号的输入阻抗，由运放A2减去2.732做零位调整（即把绝对温度转成摄氏温度），最后由运放A3反相并放大５倍输送给A/D转换器。
具体硬件连接图如图2所示。
图2 AD590温度采集及模数转换电路
2.3 ADC0804模数转换器
AD590测温电路输出的电压信号为模拟信号，要进行数码显示，还需将此信号转换成数字信号。
为此我们通过A/D转换器ADC0804将输入的模拟值转换成数字值，经AT89C51单片机处理后输出到P1以控制温度显示电路。
ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片，分辨率8位，转换时间100μs，输入电压范围为0～5V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为5V。
该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线上，无须附加逻辑接口电路。
具体硬件连接图如图2所示。
2.4 七段码LED温度显示电路
由发光二极管组成的七段码LED显示器是单片机应用产品中最常用的廉价输出设备，用于显示各种数字和字符。
该数字温度计的温度显示由4位七段码LED 显示器组成，单片机以并行通信方式从P1.0～P1.7口输出段码和控制信号，通过7447 TTL BCD译码器译码，用4个共阳极LED动态显示温度的各个数位。
具体硬件连接图如图3所示。
图3 温度显示及单片机时钟、复位电路
3.系统软件设计与编程
该数字温度计软件部分用MCS-51汇编语言编程实现，采用模块化程序设计思想，将软件划分成若干单元，主要包括主程序、十进制数据转换及调整子程序、LED数码显示子程序和延时子程序等。
本系统具体汇编源程序见后附。
3.1 系统主程序
在主程序中，系统上电自动复位以后首先设置堆栈，然后启动ADC0804，开始转换AD590测温电路输入的电信号，待数据转换结束后读入到累加器A，然后进行十进制数据转换调整，输出给显示电路。
主程序流程图如图4所示。
图4 主程序流程图
3.2 十进制数据转换调整子程序
由于ADC0804转换后的数据是二进制数据，而七段码LED显示器所要显示的数据是十进制数据，因此需要进行二、十进制数据转换。
ADC0804输出的最大转换值为FFH(255)，由于运放Ａ３放大５倍，因此本数字温度计的最大测量温度为5.1V/5＝1.02Ｖ，即102℃。
由255*Ｘ=102，得知Ｘ＝0.4，即先乘４再除1 0。
255*4=1020，其中高位10送高位显示缓冲区R4，低位20送低位显示缓冲区R5，将小数点设在D2位上，并将其分别显示为1(D4) 0(D3) 2(D2) . 0(D1) ℃。
所以，十进制转换调整流程为A/D（二进制）→十进制→乘４→显示。
程序流程图如图５所示。
图5 十进制数据转换调整子程序流程图
3.3 LED数码显示子程序
十进制转换调整后的数据送到寄存器R5、R4中，然后通过P1口把数据输出给D4、D3、D2、D1四个数码显示器中，从而最终把测得的温度显示出来。
显示子程序流程图如图６所示。
图６显示子程序流程图
４.结束语
本文采用AT89C51单片机做主控芯片，利用温度传感器AD590测量温度，并配上相应的外部接口电路，介绍了一款简易数字温度计的设计与制作过程。
该温度计系统实现简单、功能稳定、使用方便，适用于人们日常生活和工、农业生产中的各种温度测量。
参考文献：
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[3]何立民.单片机应用技术选编[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.
[4]杨刚,周群.电子系统设计与实践[M].北京:电子工业出版社,2004.
附作者简介：
郇玉龙（1982－）,男，山东师范大学传播学院研究生，主要研究方向：电子信息科学技术及数字卫星电视;赵宁（1983－),女，山东师范大学传播学院研究生，主要研究方向：电子信息科学技术及数字卫星电视。