【工商管理论文】浅谈数字温度传感器的市场前景

摘要:目前，单片机开发的产品已被广泛应用于家电、通信、工商业、航空、航天及军事等方面。单片机的系列和型号有很多，但实际应用中最流行的是8051系列。这是因为它有众多制造厂商支持，有适于应用特点的品种和非常丰富的学习资料[1]。本文从软件硬件两方面介绍基于AT89C8051单片机的温度检测与显示系统的设计，对硬件原理图和程序框图做简洁的描述。在设计过程中主要应用AT89C8051、LED灯、数码管显示器、若干按键。主要目的是实现由DS18B20数字温度传感器采集环境温度，通过四位数码管显示实时温度，并通过按键控制温度警戒值，若超过则通过LED灯进行警告。使用Keil C语言编写相关程序、Proteus进行仿真，最终焊接实物的方法实现系统设计。

关键词：AT89C8051，DS18B20数字温度传感器，数码管，Proteus

1 绪论

1.1课题的背景及意义

21世纪是科技高速发展的信息时代，从世界各国航天业、美伊战场、甚至在偏僻的山区，都能看到电子技术、微型单片机技术的应用，可想而知其应用是空前广泛。伴随着科学技术和生产的不断发展，在很多场合都需要对温度进行检测与显示。温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。

国外对温度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上往全自动化、无人化的方向发展。

我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。国内工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。

该课题设计需要利用温度传感器测温并显示温度值，因此，在对比众多温度传感器后决定使用DS18B20温度传感器。DS18B20采用3 线制与单片机相连，减少了外部硬件电路，降低成本和使用难度；可支持“一线总线”接口，并能直接读出被测温度值。本课题基于AT89C8051的温度检测与显示系统，设计原理明确、制作成本低、性能高、适用于很多环境，因此也有着很大的市场前景。

1.2课题研究的内容及要求

本课题主要研究基于单片机的温度检测与显示。它涉及到很多不同的技术知识，除了软件的设计，还包括把电子技术与单片机的应用技术有机结合，在众多单片机中，AT89C8051芯片的特点更利于本次课题的设计，其特点为全兼容8051指令集、开发工具易用和调试手段灵活。故本次课题设计的主控芯片选用AT89C8051芯片。

选定了该课题所需的器件后，研究系统所需的最小系统单元，设计适当的电路，实现每个器件在硬件上的连接，研究并设计相应的软件程序，从而实现单片机的控制。研究如何实现测量温度、数值显示、报警，最后将温度值实时显示及控制。本课题要求利用单片机接口技术，实现对环境温度实时监测，温度数值范围为0~125℃，显示精度为1℃，在测温的同时，不断检测被测温度是否超过警戒值，若超过警戒值，则通过LED灯报警。

1.3课题的研究方案

该课题是基于AT89C8051的温度检测与显示系统的设计。它是多种技术知识的结合，不仅涉及到软件的设计，而且还包括将应用电子技术与单片机的应用技术有机结合，使其具有精度高、测量误差小、稳定性好等特点。为了提高性价比，本系统设计采用AT89C8051芯片、DS18B20温度传感器、数码管等。

本课题是实现测量温度、数值显示、报警，最后将温度值实时显示及控制。由DS18B20检测温度，可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理，而且每片DS18B20都有唯一的产品号，可以一并存入ROM中，在构成大型温度测控系统时也可以在单线上挂接任意多个DS18B20芯片。从DS18B20读出或写入DS18B20信息仅需要一根口线，其读写及其温度变换功率来源于数据总线，该总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而且不需要额外电源。

本课题采用文献法，在查找了大量的文献资料，对整个课题的设计与制作有了清晰的框架。通过大量比较，本课题最终采用AT89C8051芯片、DS18B20温度传感器、LED数码管等来实现系统功能。在单片机最小系统上综合设计，使用Keil C编写相关程序。用DS18B20检测实时温度，将温度值在LED数码管上显示，如果温度超过设定的警戒值，则由LED灯进行警告。

2 设计理论基础

本系统的基本组成单元包括：单片机控制单元、温度采集单元、温度显示单元、报警控制单元四部分。

2.1 AT89C51系列单片机介绍

2.1.1 AT89C51系列基本组成及特性

AT89C51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机[2]。而在众多的51系列单片机中，ATMEL 公司的AT89C51更实用，也是一种高效微控制器，因为它不但和8051指令、引脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器，用户可以用电擦除的方式实现瞬间擦除、改写。而这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。

AT89C51基本功能描述如下[3]：AT89C51 是一种CMOS八位微处理器，它具有低损耗、高性能等特点，而且在其片中还有4k字节的在线可重复编程快擦快写程序存储器，能重复写入或擦除1000次，数据保存时间可达数年。它与MCS-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51系列单片机，而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能。AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低了系统成本。只要程序长度小于4k，四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程，而且写入时间仅10ms，与8751/87C51的12V电压擦写相比，不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。AT89C51 具有MCS-51系列单片机的所有优点。5个中断源，两级中断优先级， 一个全双工异步串行口及时钟发生器等。128×8位内部RAM，32 位可编程双向输入输出线，两个十六位定时器/计时器。另外，AT89C51 芯片提供三级程序存储器锁定加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。AT89C51有间歇、掉电两种工作模式。间歇模式是由软件来设置的，当外围器件仍然处于工作状态时，CPU可根据工作情况适时地进入睡眠状态，内部RAM和所有特殊的寄存器值将保持不变。这种状态可被任何一个中断所终止或通过硬件复位。掉电模式是VCC电压低于电源下限，当振荡器停止振动时，CPU 停止执行指令。该芯片内RAM和特殊功能寄存器值保持不变，一直到掉电模式被终止。只有VCC电压恢复到正常工作范围而且在振荡器稳定振荡后，通过硬件复位、掉电模式可被终止。

2.1.2 AT89C51系列引脚功能

AT89C51有40引脚双列直插（DIP）形式。其与80C51引脚结构基本相同.VCC表示在运行和程序校验时加5V电压，GND表示接地，XTAL1表示输入到振荡器的反向放大器，XTAL2表示反向放大器的输出，输入到内部时钟发生器。当XTAL1接地，XTAL2接收振荡器信号时可使用外部振荡器。AT89C51有4个I/O口，即P0口、P1口、P2口和P3口，每个I/O口有8根引脚，共32根[3]。P0口为一个8位漏极开路的双向I/O口。当使用片外存储器（ROM、RAM）时，作地址和数据分时复用。在程序校验期间，输出指令字节（需加外部上拉电路）。P0口（作为总线时）能驱动8个LSTTL负载。P1口是一个内部提供上拉电阻的8位准双向I/O口。在编程/校验期间，用于输入低位字节地址。P1口可驱动4个LSTTL负载。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2口为一个内部上拉电阻的8位准双向I/O口。当使用片外存储器（ROM及RAM）时，输出高8位地址。在编程/校验期间，接收高位字节地址。P2口可以驱动4个LSTTL负载。当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口是8个带有内部上拉电阻的准双向I/O口。P3口可以输入/输出4个LSTTL负载。P3口提供很多替代功能。在提供这些功能时，其输出锁存器应由程序置1。