简易温度计的设计思路

篇一：简易温度计设计

摘要: 本设计是一个简易温度计的设计，通过热敏电阻把热信号转换为电信号，能够测量不同的温度，并且在温度低时和高时能有不同的信号指示，当温度超过说给的定值温度时会发出持续30秒的报警信号。本电路的主要构成主要是有电压比较器以及由555计时器所构成的单稳态触发器和多谐振荡电路所组成。 关键词：电压比较器 多谐振荡电路 单稳态触发器

目 录

1、概述 ................................................................................................................ - 1 - 2、方案论证 ........................................................................................................ - 1 - 3、电路设计 ........................................................................................................ - 2 - 3.1 电压比较电路 ......................................................................................... - 2 - 3.2 多谐振荡电路 ......................................................................................... - 3 - 3.3单稳态电路 .............................................................................................. - 4 - 4、性能的测试 .................................................................................................... - 4 - 4.1多谐振荡器的性能测试 .......................................................................... - 4 - 4.2电路整体性能测试 .................................................................................. - 6 - 5、结论 ................................................................................................................ - 8 - 6、性价比 ............................................................................................................ - 8 - 7、课设体会及合理化建议 ................................................................................ - 8 - 附录I 总电路图 ............................................................................................... - 9 - 附录II 元器件清单 ........................................................................................ - 10 -

1、概述

简易温度计的设计是利用热敏电阻的特性，将了信号转化为电信号，通过比较器将所

测的电压和基准电压进行比较从而得到两种情况，再通过多谐振荡器和单稳态触发器得到该设计所想要的结果。

2、方案论证

设计一个简易温度计，通过不同电压信号能够测量不同的温度，并在温度过高时发出声、光两路报警信号，以便引起注意。

方案一：

方案一原理框图如图1所示。

图1 简易温度计的电路原理框图

方案二：

方案二原理图如图2所示

图2 简易温度计的电路原理框图

本设计采用的是方案一，555构成单稳态电路实现延时较容易实现且电路不复杂，且性价比较高。

3、电路设计

3.1 电压比较电路

其方框图如图3所示，原理图如图4所示。

图3 电压比较器的框图

图4 电压比较器的原理电路图

电压比较器主要是运动运算放大器来实现的，当输入信号电压高于基准电压时，第一个电压比较器的输出电压为正，导致第二个电压比较器不能导通，所以发光二极管LED2 LED3发光；当输入电压信号低于基准电压时，第一个电压比较器输出的电压为负，再通过第二个电压比较器，输出正的电压，所以才使发光二极管LED1 发光。

3.2 多谐振荡电路

多谐振荡器原理图与报警电路，如图5所示。

图5 多谐振荡器原理图与报警电路

多谐振荡振荡电路与报警电路原理图说明：电源接通后，Vcc通过电阻R1，R2向电容C1充电。当电容上电压νc=2/3*Vcc时，值输入端⑥THR受到触发，比较器C1翻转，输出电压νo=0时，同时放电管V导通，电容C通过R2放电；当电容上的电压νc=1/3*Vcc,比较器C2工作，输出电压νo为高电平，C放电终止，又重新开始充电。周而复始，形成振荡周期与充电，放电的时间有关：

充电时间：tpo=(R1+R2)C*㏑((Vcc-2/3)/(Vcc-1/3)) ≈0.7(R1+R1)C 放电时间：tpl=R2C

㏑((Vcc-2/3Vcc)/(Vcc-1/3)) ≈0.7R2C 振荡周期：T=tph+tpl ≈0.7(R1+2R2)C 振荡频率：f=1/T=1/(tph+tpl) ≈1.44/﹙(R1+2R2)C﹚

占空系数：D=tph/T=（R1+R2﹚/﹙R1+2R2﹚

由上分析可知：①电路的振荡周期T，占空间系数D，仅与外接元件R1，R2和C有关，不受电源电压变化的影响；②改变R1，R2,即可改变占空系数，其值可在较大范围内调节；③改变C的值，可单独改变周期，而不影响占空系数。

另外，复位端④也可输入一控制信号。复位端④为低电平时，电路停振。

报警电路部分由电阻，场效管子，报警器等。场效管子前的R6是限流的作用;蜂鸣器报警电路需加入单个场效管，以扩大输出负载电流，增强电路的带负载能力。

篇二：简易温度计设计

常熟理工学院课程设计报告

目 录

1.概述 .......................................................................................................... 1

2.系统设计 ................................................................................................ 2

2.1 由热敏电阻构成的简易温度计 .............................................................................. 2

2.2 由DS18B20构成的简易温度计 ............................................................................ 2

3.硬件设计 ................................................................................................ 3

3.1主要器件介绍 ........................................................................................................... 3

3.1.1 DS18B20 芯片介绍[2] ................................................................................. 3

3.1.2 ULN2003芯片介绍....................................................................................... 5

3.2 单元电路 .................................................................................................................. 6

3.2.1晶振电路 ........................................................................................................ 6

3.2.2复位电路 ........................................................................................................ 7

3.2.3 显示电路 ....................................................................................................... 7

3.2.4 温度控制电路 ............................................................................................... 8

3.2.5 温度采集电路 ............................................................................................... 9

3.2.6 报警电路 ....................................................................................................... 9

3.2.7 端口配置 ....................................................................................................... 9

3.3 器件清单 ................................................................................................................ 10

4.软件设计 ...............................................................................................11

4.1 软件功能模块划分 ................................................................................................ 11

4.1.1 DS18B20的温度的采集和测量 ................................................................. 11

4.1.2 LED数码显示 ............................................................................................. 13

4.1.3 按键校准 ..................................................................................................... 13

5.系统调试 .............................................................................................. 15

5.1 硬件调试 ................................................................................................................ 15

5.2 软件调试 ................................................................................................................ 17

5.3 设计效果 ................................................................................................................ 17

结束语 ..................................................................................................... 18

参考文献 ................................................................................................. 18

1.概述

这次课程设计的主要内容是基于DS18B20的简易温度计的设计。它的基本思路是采用DS18B20采集温度，并将采集到的温度传送给单片机AT89S52并通过数码管显示出来。这次设计所采用的主要元件有传感器DS18B20，单片机AT89S52，四合一的共阴极数码管，ULN2003的反向驱动，电容电阻若干。本次数字温度计的设计共分为五部分，主控制器，LED显示部分，传感器部分，复位部分，时钟电路。主控制器即单片机部分，用于存储程序和控制电路；LED显示部分是指四位共阴极数码管，用来显示温度；传感器部分，即温度传感器DS18B20，用来采集温度，进行温度转换；复位部分，即复位电路。测量的总过程是，传感器采集到外部环境的温度，并进行转换后传到单片机，经过单片机处理判断后将温度传递到数码管显示。本设计能完成的温度测量范围是-55°C~+125°C，可以手动校准温度，并能实现报警功能。

2.1 由热敏电阻构成的简易温度计

传统的测温元件使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计方法需要比较多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试也复杂，制作成本高。同时，传统的温度计还有反应速度慢、读数麻烦、测量精度不高、误差大等缺点。所以我们排除了这个方案。 2.2 由DS18B20构成的简易温度计

数字温度计采用智能温度传感器DS18B20作为检测元件，测温范围为-55°C至+125°C，最大分辨率可达0.0625°C。DS18B20可以直接读出被测量的温度值，而采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。基于以上原因，我们采用了这一方案。

硬件系统整体功能描述（结合电路图描述）

如图3-1：要实现本系统，需显示电路、扫描驱动电路、DS18B20

温度采集电路、主控制电路，单元电路主要包括晶振电路，复位电路，显示电路，DS18B20温度采集电路，扫描驱动电路等。

3.1主要器件介绍

3.1.1 DS18B20 芯片介绍[2]

DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。如图3-2所示：

DS18B20的主要特点如下：

1. 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；

2．多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；

3. 无须外部器件；

4. 可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ；

5. 零待机功耗；

6. 温度以９或１２位数字；

7. 用户可定义报警设置；

8. 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；

9. 负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作； DS18B20的测温原理：器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。器件中还有一个计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将－55℃所对应的一个基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中，计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。

减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到

篇三：简易温度计设计2

摘要: 本设计是一个简易温度计的设计，通过热敏电阻把热信号转换为电信号，能够测量不同的温度，并且在温度低时和高时能有不同的信号指示，当温度超过说给的定值温度时会发出持续30秒的报警信号。本电路的主要构成主要是有电压比较器以及由555计时器所构成的多谐振荡电路和方波产生电路所组成。 关键词：电压比较器 多谐振荡电路 方波产生电路

目 录

1、概述 ................................................................................................................ - 1 - 2、方案论证 ........................................................................................................ - 1 - 3、电路设计 ........................................................................................................ - 2 - 3.1 电压比较电路 ......................................................................................... - 2 - 3.2 方波产生电路 ......................................................................................... - 3 - 3.3多谐振荡电路与报警电路 ...................................................................... - 4 - 4、性能的测试 .................................................................................................... - 5 - 4.1多谐振荡器的性能测试 .......................................................................... - 5 - 4.2电路整体性能测试 .................................................................................. - 7 - 5、结论 ................................................................................................................ - 8 - 6、性价比 ............................................................................................................ - 8 - 7、课设体会及合理化建议 ................................................................................ - 9 - 附录I 总电路图 ............................................................................................. - 10 - 附录II 元器件清单 ......................................................................................... - 11 -

1、概述

简易温度计的设计是利用热敏电阻的特性，将了信号转化为电信号，通过比较器将所

测的电压和基准电压进行比较从而得到两种情况，再通过多谐振荡器和方波产程电路得到在温度过高时或温度低时所想要的结果。

2、方案论证

设计一个简易温度计，通过不同电压信号能够测量不同的温度，并在温度过高时发出声、光两路报警信号，以便引起注意。

方案一：

方案一原理框图如图1所示。

图1 简易温度计的电路原理框图

方案二：

方案二原理框图如图2所示

本设计采用的是方案二，通过方波产生电路和555计时器构成多谐振荡电路实现对温

度的控制，较容易实现且电路不复杂，且性价比较高。

3、电路设计

3.1 电压比较电路

其方框图如图3所示，原理图如图4所示。

图3 电压比较器的框图

图4 电压比较器的原理电路图

电压比较器主要是运动运算放大器来实现的，当输入信号电压高于基准电压时，第一个电压比较

器的输出电压为正，导致第二个电压比较器不能导通，所以发光二极管LED2 LED3发光；当输入电压信号低于基准电压时，第一个电压比较器输出的电压为负，再通过第二个电压比较器，输出正的电压，所以才使发光二极管LED1 发光。

3.2 方波产生电路

其原理图如图5所示

图5 方波产生电路

方波产生电路是一种能够直接产生方波或者矩形波的非正选信号发生电路。由于方波或矩形波包含极丰富的谐波，因此，这种电路又称为多谐振荡电路。在比较器的输出端引入限流电阻R和两个背靠背的双向稳压管就组成了如上图所示的双向限幅方波发生电路。由图可知，电路的反馈系数F为：

F=R9/(R4+R9)

在接通电源的瞬间，输出电压是正向饱和还是负向饱和，是由输出电压的正负决定的。当输出电压为正时，加到电压比较器同相端的电压为正，而加反向端电压，由于电容C上的电压不能突变，只能由输出电压通过电阻R3按指数规律反向C充电。

篇四：数字简易温度计设计

目录

引言 ------------------------------------------------------------------------------------ 1

设计目的-------------------------------------------------------------------------- 1 设计背景-------------------------------------------------------------------------- 1 1设计方案 ----------------------------------------------------------------------------- 2

1.1度计软件设计流程图 -------------------------------------------------------- 2 1.2元器件的选取：-------------------------------------------------------------- 2 1.3系统仿真图 ------------------------------------------------------------------- 2 2设计框图 ----------------------------------------------------------------------------- 3

2.1硬件电路框图：-------------------------------------------------------------- 3 2.2硬件电路概述：-------------------------------------------------------------- 3 2.3显示电路---------------------------------------------------------------------- 3 2.4温度传感器DS18B20 -------------------------------------------------------- 4 3软件设计 ----------------------------------------------------------------------------- 8

3.1主程序 ------------------------------------------------------------------------ 8 3.2读出温度子程序-------------------------------------------------------------- 9 3.3 计算温度子程序 ------------------------------------------------------------ 10 3.4 显示数据刷新子程序 ------------------------------------------------------- 10 3.5 1602的液晶显示程序设计 ------------------------------------------------- 10 3.6 PROTEUS程序设计 ---------------------------------------------------------- 11 4总结与体会 ------------------------------------------------------------------------- 12 参考文献 ------------------------------------------------------------------------------ 13 附录1 --------------------------------------------------------------------------------- 14 附录2 --------------------------------------------------------------------------------- 15 附录3 --------------------------------------------------------------------------------- 16

引言

设计目的

本文主要介绍了一个基于AT89C51单片机的测温系统，详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机喜爱的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，对各部分的电路也进行一一介绍，该系统可以方便的是实现温度采集和显示。可满足以下要求：

(1) 能够测量的温度范围是-50oC到+110oC。 (2) 测量误差在±0.5oC之内。

(3) 在Proteus软件上进行仿真，修改。

设计背景

随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于简易温度计，只提供了温度的测量及LCD1602液晶显示功能。

本设计使用起来方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合我们日常生活和工农业生产中的温度测量，也可以当做温度处理模块嵌入其他系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20和AT89C51结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合与恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。

本设计首先是确定目标，然后是各个功能模块的设计，还在Proteus软件上进行仿真，修改，仿真。

本设计思路简洁明了，分块化模式使得程序灵活性大大增强。通过本次设计，是我们所学的知识得以实践的验证，对将来顺利走向工作岗位或者科研事业将发挥重要意义。

1.1度计软件设计流程图

温度计软件设计流程图见附录1.1：温度计软件设计流程图

1.2元器件的选取：

1.单片机芯片的选取：

AT89C51单片机片内程序存储器采用闪存，使程序的写入更加方便，整个硬件电路的体积更小，管脚数目为40个。本课设中单片机芯片正是采用AT89C51。 2.温度传感器的选取：

采用DS18B20温度传感器。DS18B20的内部3脚（或8脚）封装；使用特有的温度测量技术，将被测温度转换成数值信号；3.0～5.5V的电源供电方式和寄生电源供电方式；ROM由64位二进制数字组成，共分为8个字节；RAM由9个字节的高速暂存器和非易失性电擦写ROM组成。 3.本设计显示电路采用1602液晶显示模块芯片。

综上各方案所述,对此次课设的方案选定: 采用AT89C51作为主控制系统; 1602液晶显示模块芯片作为温度数据显示装置;而智能温度传感器DS18B20器件作为测温电路主要组成部分。至此，系统最终方案确定。

1.3系统仿真图

系统仿真连线图见附录2.1。连线比较简洁，简易温度计操作简单，可以直接用来上电读取温度。

温度计电路设计总体设计方框图如图2.1所示，控制器采用单片机AT89C51，温度传感器采用DS18B20，用1602液晶显示屏以串口传送数据实现温度显示。

2.1硬件电路框图：

图2.1 总体设计方框图

2.2硬件电路概述：

本电路是由AT89C2051单片机为控制核心，具有与MCS-51系列单片机完全兼容，程序加密等功能，带2KB字节可编程闪存，工作电压范围为2.7～6V，全静态工作频率为0～24MHZ；显示电路由1602液晶显示模块芯片，可以进行多行显示；温度报警按键设为五个，可以显示华氏温度，调节高低报警温度；温度传感器电路主要由DS18B20测温器件构成，该器件主要功能有：采用单总线技术；每只DS18B20具有一个独立的不可修改的64位序列号；低压供电，电源范围为3～5V；测温范围为-20℃～+125℃，误差为±0.5℃；复位电路是10K电阻构成的上电自动复位。

2.3显示电路

本设计显示电路采用1602液晶显示模块芯片，该芯片可现实16x2个字符，比

以前的七段数码管LED显示器在显示字符的数量上要多得多。另外，由于1602芯片编程比较简单，界面直观，因此更加易于使用者的操作和观测。1602A芯片的接口信号说明如下表：

表2.1：1602A芯片的接口信号说明

图2.2 液晶显示

2.4温度传感器DS18B20

DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：

（1）独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

（2）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网测温；

（3）无须外部器件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；

（4）可通过数据线供电，电压范围为3.0-5.5Ｖ； （5）零待机功耗；

（6）温度以9或12位数字，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温；

（7）用户可定义报警设置；

篇五：简易温度计设计

信息与电气工程学院

课程设计说明书 （2014 /2015学年第 二 学期）

课程名称 ：《单片机原理及应用》课程设计 题 目 ： 简易温度计设计 专业班级 ：

学生姓名 ：

学 号：

指导教师 ： 设计周数 ： 2周

设计成绩 ：

(来自:WwW.smhaida.Com 海达 范文 网:简易温度计的设计思路)

年月日

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1、 实验目的

设计并制作出一个以单片机为核心的简易温度计系统

2、 主要任务

1、 确定整体设计方案；

2、 设计键盘输入电路；

3、 设计显示电路；

4、 合理分配地址，编写系统程序；

5、 采用Proteus进行仿真，软硬件联机调试。

3、 技术要求

（1）以MCS-51单片机为核心，18b20为敏感元件，设计出一简易温度计；

（2）使用三位数码管显示温度，并能进行温度设置；

4、以MCS-51单片机为核心设计简易温度计的简介

传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件，需要后续信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，检测系统也有一定误差。以MCS-51为核心，18b20为测温传感器，通过3位共阳极LED数码管传送数据，实现温度显示。具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，可靠性高等特点。

5

2

6、系统硬件电路原理图

3

6.1 时钟电路

晶振电路由一个晶振与两个电容连接组成，与单片机的18、19管脚相连，另一端接地，电路图为：

电容大小没有固定值，一般5到30pf，晶振是给单片机提供工作信号脉冲的。这个脉冲就是单

4

片机的工作速度。一般用内部振荡方式，这种方式比较稳定。晶振频率为12MHZ，单片机工作速度就是每秒 12M。单片机的工作频率是有范围的，不能太大，一般 24M就不上去了，不然不稳定。

6.2 复位电路

复位电路由一个有极性电容、一个电阻与一个按键连接而成，一端连单片机的RST端，另一端接电源，电源另一端接单片机的EA。

其中电容是通过充放电来实现维持一段时间的高电平，电容充电时间与R C的值成正比，当按下按键时，由于电容充电，RST维持一段时间高电平以达到复位的目的。

一般情况下，选择大小为10到30uF的电容，而电阻一般选用1到10K?的。

电路图为：

6.3 DS18b20温度传感电路

此部分电路负责温度信号的采集、将温度信号转换成数字代码储存在温度控制寄存器中，向单片机发送温度数据等重要功能，主要由DS18b20芯片来完成，该电路的电路图为：

其中DQ为DS18b20的数据输入/输出端引脚，与单片机的P3.5口相连，单片机通过P3.5口向DS18b20发出各种命令，并读取其转换后的温度数据。

由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，所以有严格的时隙概念，读写时序很重要。系统 5

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