摘　要：單片機在日用電子產(chǎn)品中的應用越來越廣泛，溫度則是人們日常生活中常常需要測量和控制的一個量。本文作者采用AT89C51單片機和溫度傳感器AD590從硬件和軟件兩方面介紹了一款簡易數(shù)字溫度計的設計過程， 并對硬件原理圖和程序流程圖作了簡潔的描述。
關鍵詞：單片機AT89C51；溫度傳感器AD590；數(shù)字溫度計；模數(shù)轉換；數(shù)碼顯示

1.前言

隨著單片機技術的不斷發(fā)展，單片機在日用電子產(chǎn)品中的應用越來越廣泛，溫度傳感器AD590具有線性優(yōu)良、性能穩(wěn)定、靈敏度高、抗干擾能力強、使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于冰箱、空調器、糧倉等日常生活中溫度的測量和控制。傳統(tǒng)的溫度計有反應速度慢、讀數(shù)麻煩、測量精度不高、誤差大等缺點，本文作者利用集成溫度傳感器AD590設計并制作了一款基于AT89C51的4位數(shù)碼管顯示的數(shù)字溫度計，其電路簡單，軟硬件結構模塊化，易于實現(xiàn)。

2.系統(tǒng)功能原理及硬件組成

該數(shù)字溫度計利用AD590集成溫度傳感器及其接口電路完成溫度的測量并轉換成模擬電壓信號，經(jīng)由模數(shù)轉換器ADC0804轉換成單片機能夠處理的數(shù)字信號，然后送到單片機AT89C51中進行處理變換，最后將溫度值顯示在D4、D3、D2、D1共４位七段碼LED顯示器上。

系統(tǒng)以AT89C51單片機為控制核心，加上AD590測溫電路、ADC模數(shù)轉換電路、4位溫度數(shù)據(jù)顯示電路以及外圍電源、時鐘電路等組成。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。
  

圖1 系統(tǒng)組成框圖

2.1　AT89C51單片機

Atmel公司的生產(chǎn)的AT89C51單片機是一種低功耗/低電壓、高性能的8位單片機，內部除CPU外，還包括128字節(jié)RAM，4個8位并行I/O口，5個中斷優(yōu)先級，2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，片內集成4K字節(jié)可改變程序Flash存儲器，具有低功耗，速度快，程序擦寫方便等優(yōu)點，完全滿足本系統(tǒng)設計需要。

單片機P0口作為ADC0804轉換數(shù)據(jù)的輸入端，P2.0接ADC0804的INTR端檢測數(shù)據(jù)轉換是否結束。P1.0～P1.3的輸出信號接到譯碼器7447上作為數(shù)碼管的顯示，P1.4～P1.7則作為４個數(shù)碼管的位選信號控制。P3口有特殊的功能，P3.6用于控制ADC0804的啟動，P3.7用于控制讀取ADC0804的轉換結果。

2.2　AD590溫度傳感器

AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。AD590測溫范圍為－55℃～＋150℃，滿足人們日常生產(chǎn)和生活中的溫度范圍。AD590電源電壓可在4V～6V范圍變化，可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。AD590產(chǎn)生的電流與絕對溫度成正比，它有非常好的線性輸出性能，溫度每增加1℃，其電流增加1μA。

AD590溫度與電流的關系如下表所示：

    為了提高精度，擴大測量范圍，在A/D轉換前還要將信號加以放大并進行零點遷移，因而一個高穩(wěn)定性的、高精度的放大電路是必須的。當溫度變化時，AD590會產(chǎn)生電流變化，當AD590的電流通過一個10kΩ的電阻時，這個電阻上的壓降為10mV，即轉換成10mV／K，為了使此10kΩ電阻精確，可用一個9kΩ的電阻與一個2kΩ的電位器串聯(lián)，然后通過調節(jié)電位器來獲得精確的10kΩ。運算放大器A1被接成電壓跟隨器形式，以增加信號的輸入阻抗，由運放A2減去2.732做零位調整（即把絕對溫度轉成攝氏溫度），最后由運放A3反相并放大５倍輸送給A/D轉換器。具體硬件連接圖如圖2所示。
  

圖2  AD590溫度采集及模數(shù)轉換電路

2.3  ADC0804模數(shù)轉換器

AD590測溫電路輸出的電壓信號為模擬信號，要進行數(shù)碼顯示，還需將此信號轉換成數(shù)字信號。為此我們通過A/D轉換器ADC0804將輸入的模擬值轉換成數(shù)字值，經(jīng)AT89C51單片機處理后輸出到P1以控制溫度顯示電路。

ADC0804是用CMOS集成工藝制成的逐次比較型摸數(shù)轉換芯片，分辨率8位，轉換時間100μs，輸入電壓范圍為0～5V，增加某些外部電路后，輸入模擬電壓可為5V。該芯片內有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，當與計算機連接時，轉換電路的輸出可以直接連接在CPU數(shù)據(jù)總線上，無須附加邏輯接口電路。具體硬件連接圖如圖2所示。

2.4 七段碼LED溫度顯示電路

由發(fā)光二極管組成的七段碼LED顯示器是單片機應用產(chǎn)品中最常用的廉價輸出設備，用于顯示各種數(shù)字和字符。該數(shù)字溫度計的溫度顯示由4位七段碼LED顯示器組成，單片機以并行通信方式從P1.0～P1.7口輸出段碼和控制信號，通過7447 TTL BCD譯碼器譯碼，用4個共陽極LED動態(tài)顯示溫度的各個數(shù)位。具體硬件連接圖如圖3所示。
 

圖3 溫度顯示及單片機時鐘、復位電路

3.系統(tǒng)軟件設計與編程

該數(shù)字溫度計軟件部分用MCS-51匯編語言編程實現(xiàn)，采用模塊化程序設計思想，將軟件劃分成若干單元，主要包括主程序、十進制數(shù)據(jù)轉換及調整子程序、LED數(shù)碼顯示子程序和延時子程序等。本系統(tǒng)具體匯編源程序見后附。

3.1 系統(tǒng)主程序

在主程序中，系統(tǒng)上電自動復位以后首先設置堆棧，然后啟動ADC0804，開始轉換AD590測溫電路輸入的電信號，待數(shù)據(jù)轉換結束后讀入到累加器A，然后進行十進制數(shù)據(jù)轉換調整，輸出給顯示電路。主程序流程圖如圖4所示。
                             
                  圖4 主程序流程圖

3.2 十進制數(shù)據(jù)轉換調整子程序

由于ADC0804轉換后的數(shù)據(jù)是二進制數(shù)據(jù)，而七段碼LED顯示器所要顯示的數(shù)據(jù)是十進制數(shù)據(jù)，因此需要進行二、十進制數(shù)據(jù)轉換。ADC0804輸出的最大轉換值為FFH(255)，由于運放Ａ３放大５倍，因此本數(shù)字溫度計的最大測量溫度為5.1V/5＝1.02Ｖ，即102℃。由255*Ｘ=102，得知Ｘ＝0.4，即先乘４再除10。255*4=1020，其中高位10送高位顯示緩沖區(qū)R4，低位20送低位顯示緩沖區(qū)R5，將小數(shù)點設在D2位上，并將其分別顯示為1(D4) 0(D3) 2(D2) . 0(D1) ℃。所以，十進制轉換調整流程為A/D（二進制）→十進制→乘４→顯示。程序流程圖如圖５所示。
                         
           圖5 十進制數(shù)據(jù)轉換調整子程序流程圖

3.3 LED數(shù)碼顯示子程序

十進制轉換調整后的數(shù)據(jù)送到寄存器R5、R4中，然后通過P1口把數(shù)據(jù)輸出給D4、D3、D2、D1四個數(shù)碼顯示器中，從而最終把測得的溫度顯示出來。顯示子程序流程圖如圖６所示。
                        
                圖６ 顯示子程序流程圖

４.結束語

本文采用AT89C51單片機做主控芯片，利用溫度傳感器AD590測量溫度，并配上相應的外部接口電路，介紹了一款簡易數(shù)字溫度計的設計與制作過程。該溫度計系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、功能穩(wěn)定、使用方便，適用于人們日常生活和工、農業(yè)生產(chǎn)中的各種溫度測量。

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[3]何立民.單片機應用技術選編[M].北京:北京航空航天大學出版社,2004.

[4]楊剛,周群.電子系統(tǒng)設計與實踐[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

附作者簡介：

郇玉龍（1982－）,男，山東師范大學傳播學院研究生，主要研究方向：電子信息科學技術及數(shù)字衛(wèi)星電視;趙寧（1983－),女，山東師范大學傳播學院研究生，主要研究方向：電子信息科學技術及數(shù)字衛(wèi)星電視。