数字温度计电路设计探析范文

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摘要：

在日常生活以及各行业的生产中，通常都不可缺少测量温度以及控制温度的相关技术。在科学实验中，温度控制是常用的一种方式。在日常生产中，温度控制需要受到更高的重视，测量温度的目的就是为了妥善调控温度。现今的技术形势下，单片机电路控制下的数字温度计已经诞生，并且逐渐受到了更多行业的认可和接受。对于此，有必要探析单片机控制下的电路设计方式。结合温度控制的真实情况，探究更完善的电路设计以及数字温度计设计。这样做，可以直接读取精确的温度，单片机连接的方式也能够减少整体的电路制作成本，便于日常的电路使用。

关键词：

传感器；温度计；单片机STC89C52；温度传感器DS18B20

1概述

在具体设计新式数字电路的过程中，基于单片机的新式设计方式具备了独特的优势。这是由于，单片机控制方式的数字电路可以测量实时性的温度，经过测量然后显示精确的温度数值。同时，温度传感器配备了特定规格的芯片，能够在温控的全部过程中输出数字形式。相比于传统方式下的温度控制，单片机的控制能够节省额外的测温电路。与此同时，温度传感器也具备了更稳定的理化性能，可以用在工业测温的具体过程中，元件具备优良的线形。在0～100℃时，最大线形偏差小于1℃。基于单片机的数字温度计的电路设计包括：控制器单片机STC89C52芯片，温度传感器DS18B20芯片和4位显示温度的LED数码管。温度传感器DS18B20芯片进行温度检测，然后把数据送入主控制器单片机STC89C52芯片进行分析和温度值的转换，最后通过显示电路显示出温度值。

2温度传感器DS18B20芯片的工作原理

DS18B20型号的温度传感器设有内置的芯片，通过芯片就可以调控精确的时序，从而确保完整的温度数据。从单线的角度来讲，传感器可以传输的信号具体包括了应答脉冲以及复位脉冲这两类。在输入时隙时，高电平的数据线就会经过主机然后转变为较低的电平，写时隙因此就能够产生。具体而言，对于时隙的书写方式包含了0和1的两种。从高电平转换成低电平这个过程中，通常需要设置60μs或更长的时隙。在不同时隙之间，应当确保最短的恢复时间。在持续60μs以后，温度传感器就可以用来采样。具体而言，1代表高电平，而0则代表低电平。对于读时隙而言，这种时隙也源自高低两种电平的彼此转换。针对芯片的数据，具体在读取的过程中也需要确保数值的精确性。对于数据线而言，需要确保1的低电平。经过15μs之后，传感器的芯片就可以输出相应的时隙数据。因此这个阶段中，主机应当确保适当的引脚高度。对于读写时隙而言，两种类型的时隙都需要持续特定的时间，通常为60μs。在单独的时隙中间，还要留出必备的恢复时间。对于写时隙来讲，需要在设置的时间范围内将主机的总线有效释放，然后传感器芯片才能给出精确的回应。某些情况下，如果主机始终处在较低的电平，那么总线器件就需要输出0的数值。

3温度计电路的设计

3.1电源电路设计

数字温度计电源电路如图1所示，电源部分采用常见的变压器加三端稳压芯片L7805组成。变压器把交流220V变成交流12V左右，由于整个系统所用的电量不大，所以变压器选择5W的即可。为了兼容现有可用的直流电源，电源电路增加了1N4007，以防止直流电源的反接。经过整流和三端稳压管之后，输出为标准的DC5V电压。因为L7805输出电流大约为1A左右，完全可以供给后续电路工作。

3.2温度采集电路设计

基于智能化控制的数字温度计的温度采集电路如图1所示，U3为单片机STC89C52芯片，它的P0口和P2口与数码管的电路连接，以控制温度的数字显示。P3.7和温度传感器DS18B20芯片的引脚DQ连接，作为单一数据线。单片机的工作时钟频率为11.0592MHz，这决定了指令的运行时间，在软件设计中将根据此时间编写各种延时程序。U2为温度传感器DS18B20芯片，本设计中只使用了这一个单线器件，R3为单线的上拉电阻。温度传感器DS18B20芯片在出厂时默认配置为12位存储格式，其中最高位为符号位，即温度值为11位，单片机在读取数据时，一次会读取2个字节共16位，读完后将低11位的2进制转化为10进制后乘以0.0625便为实际所测的温度值，另外还要判断温度的正负。在某些情况下，单个数据线衔接的某个器件可以窃取电源，这样就形成了寄生电源。如果系统维持于较高的电平，那么电容器就能够存储足够的能量。在这时，如果转变为低电平，那么电源就会由此断开，直到再次恢复高电平。相比于普通电源，寄生电源具备了自身的优势，因为这类电源不必引入本地电源来提供帮助，自己就能够检测温度。即便缺少正常电源，那么寄生电源也可以帮助读取数值。在传感器芯片的装置上，为了测定精准的温度变化趋势，那么线路需要确保自身具备了充足的电流。这是由于，如果传感器表现出较高的芯片电流，那么DQ线就很难获得必要的驱动能力。在某个时刻，系统如果接入了较多总量的传感器，那么同时变换传感器引发的问题就会变得更明显。具体的解决途径为：发生温度变化的过程中，需要直接衔接DQ线与总电源。如果引入了寄生电源，则必须确保引脚能够接地。此外，温度传感器还可以借助外侧的引脚电源来提供电能，从而测定实时的温度。如果这样做，就可以在根本上杜绝强拉的问题。即便外文变化，主机也不必维持较高电平的状态。在温度变化时，单线仍然能够传输数据。在各条单独的线路上，都可以安放总数较多的传感器芯片。

3.3显示电路设计

基于单片机控制的数字温度计的设计采用4位数码管来显示实际测量温度，显示采用动态扫描显示，其中P0口作为数码管的段选信号，P2口作为数码管的位选信号。数码管采用共阳极数码管，因为数码管一个段码要亮，约为10mA左右的供电电流，电流太小会影响数码管的亮度。7段码加上DP点全亮要80mA左右的电流，位选信号用PNP型三极管2N3906完全可以满足电流的要求。R2为限流电阻，可以根据效果，调节亮度的大小。又因为，单片机P0口最大只有26mA的灌电流，平均每一个IO口只有3.25mA的驱动能力，7段码加上DP点全亮要80mA左右的电流，所以不可以直接用单片机IO口来驱动数码管。为此，系统增加了一个三态缓冲器SN54LS244作为数码管段码的驱动芯片。另外又由于P0口是漏极开路结构，所以在三态缓冲器SN54LS244前端增加了10Ω左右的上拉电阻。

4小结

在基于单片机控制的数字温度计的电路设计中，主要是以单片机STC89C52芯片为核心，对温度的检测与显示进行了简单的设计与阐述。硬件设计中主要运用了单片机STC89C52芯片和温度传感器DS18B20芯片。通过对硬件电路不断的处理，使得硬件部分比较完善，如电源模块中加入了L7805芯片，为后续电路提供了稳定的5V电压，另外，在显示电路中加入了三态缓冲器SN54LS244，保证了数码管的正常显示。总之，基于单片机控制的数字温度计硬件电路的设计达到了抗干扰，较高精度的目的。

参考文献：

[1]王静霞.单片机应用技术（C语言版）.北京：电子工业出版社，2009.

[2]郝建国.单片机在电子电路设计中的应用.北京：清华大学出版社，2006.

[3]刘文涛.单片机应用开发实例.北京：清华大学出版社，2005.

[4]李光飞.单片机课程设计实例指导.北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[5]李光弟.单片机原理（修订本）.北京：北京航空航天大学出版社，2001.

[6]王福瑞.单片微机测控系统设计大全.北京：北京航空航天大学出版社，1998.

作者:王林胜 单位:浙江省桐乡市华胜电脑