一种可编程数字温度计的设计

　　温度是工业控制中最重要的控制参数之一,且与人们的日常生活息息相关。因此温度的测量显得尤为重要。SWC是一种设计新颖、计量准确、基本不受传输距离限制、直接将被测温度转换为数字信号的温度传感器。针对文献[1]中采用SWC, NE555, MC14553,MC14511等集成电路实现数字温度计存在的不足,对原有电路提出改进设计,用AT89C2051实现译码和显示功能,设计思路清晰、电路简单。用汇编程序实现测值3次取平均,该数字温度计的精度可以达到0.1℃。

　　1　问题分析

　　原温度计由数字式温度传感器SWC、单稳态触发电路、计数电路、译码与LED数码显示电路等组成。其设计原理图如图1所示:

　　其中,SWC数字式温度传感器又称为集成数字脉冲式探头,对外接口分别为控制线K,信号线S和公共线G,是一种三端器件。具有加电启动和宽脉冲触发2种启动方式,在此设计电路中使用宽脉冲触发形式。

　　定时(单稳态触发)电路以NE555为核心产生定时宽度为50 ms的闸门脉冲电压,一路加至SWC的K端作为启动信号;另一路经过微分电路后加置MC14533的13脚进行计数器清零。用MC14533的11脚作为输入,第1,2,15脚作为输出,完成计数功能。最后用具有锁存/译码/驱动功能的MC14511实现BCD译码,使数码管SM4205显示出温度数值,完成测温。详细工作原理见参考文献[1]。

　　用该电路实现测温每次加电后必须启动按钮开关AN,而且每按1次只能实现单次测温,如要连续测温则操作比较繁琐。由MC14533,MC14511集成块构成计数、显示功能的电路比较复杂,且连线多,可靠性不好,将电路级联、焊接好后进行调试和修改都比较复杂。相对于用较多的集成电路,用单片机可以实现测温电路的控制,实现可编程功能,电路简单且易于调试。另外,原电路是一次性读数并显示,没有对所测得的数据进行任何处理,所以数据的可信度不高。

　　2　硬件电路的改进

　　电路控制部分的核心为单片机AT89C2051,外接SWC、显示电路和按键。

　　2.1　单片机AT89C2051

　　单片机AT89C2051是整个电路的中心控制单元,是一个低电压高性能的8位单片机,与MCS-51单片机的内部结构基本一致,区别是增加了1个模拟比较器,减少了2个对外的端口(P0,P2口),双向端口P1,P3有独特的功能,因而使芯片的外部输入引脚大大减小。指令系统与MCS-51兼容,内含2 kB FLASH Memory和128 B的随机存取存储器(RAM),15个可编程I/O线,2个16位定时器/计数器,5个两级中断源,1个可编程全双工串行通信口。故其功能十分强大,可提供给许多高性价比的应用场合。所以本设计的控制部分采用AT89C2051,完全能够满足系统中要求的控制、数据处理和译码显示的需要。