引 言
隨著時代的發(fā)展，數(shù)字化控制無疑是人們追求的目標之一,，它給人們帶來的方便也是不可否定的,，其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子，它在信息,、電子,、物流等許多領域都有廣泛的應用。隨著人們對它的要求越來越高,，為現(xiàn)代人工作,、科研、生活提供更好,、更方便的設施,，就需要從單片機技術人手,，朝著數(shù)字化,、智能化控制方向發(fā)展。
這里介紹一種數(shù)字溫度計的設計制作方案,。該設計控制器使用單片機STC89C58,，測溫傳感器使用LM94022，用FM1602C液晶顯示實現(xiàn)溫度顯示,，設計制作了寬量程高精度多功能數(shù)字溫度計能準確達到各種要求,。本文設計研制的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比,，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣,，測溫準確的特點,，其輸出溫度和時間采用數(shù)字顯示，該數(shù)字溫度計不僅分辨率高,，還可以設置報警溫度上下限,，當溫度達到高、低限溫控制點發(fā)出聲光報警,。該設備主要用于對測溫比較準確的場所或科研實驗室,。
1 系統(tǒng)設計方案的論證與比較
1．1 運用LED數(shù)碼管顯示與運用LCD液晶顯示溫度及時間
運用LED顯示，提供的信息較少,，界面不美觀,，顯示時間和溫度極不方便，所占體積也大,，且在要表達較多信息時(如兩路溫度值時和時間),，需要大量的LED和占用較多的引腳，軟件設計也相對復雜,。
LCD可以提供較強的頁面顯示功能,，功率小，頁面相對于LED顯示更直觀,，更明了,；在顯示信息較多時，比LED所占的空間小,，性價比更高,。
很容易看出，在本設計中采用LCD作為顯示更好,。
2．2 靈敏度選擇端GS0及GS1
LM94022根據(jù)對GS0,，GS1施加的不同電平有4種靈敏度供用戶選擇，如表2所示,。用戶可根據(jù)測溫范圍及接口電路的工作電壓條件合理選擇,。靈敏度由GS0及GS1的電平確定，高電平要求VDD>1．5 V,；低電平要求VDD<0．5 V,。
2．3 LM94022的輸出特性
LM94022的輸出特性如圖2所示，這是測量溫度與輸出電壓在不同靈敏度時的特性,。由于輸出電壓隨溫度升高而下降,，其靈敏度為負值。在VDD=5 V時，不同靈敏度下幾個特定溫度值的輸出電壓如表2所示(典型值),。
數(shù)字溫度計電路設計的總體方案如圖3所示,。采用STC89C58單片機作為主控器件；LCD采用FM1602,，單片機中的P0作為其接口,，并由P2．5～P2．7控制，用以驅(qū)動LCD的顯示,；時鐘芯片采用DS1302,，用腳P2．2～P2．4作為時鐘芯片控制引腳；LM94022作為溫度傳感芯片,，并用TLC2543將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號,，用P3．2～P3．6作為ADC的控制引腳；P1口作為鍵盤的輸人口,，用以接收由鍵盤輸出的信號,；用P2．1和P2．0分別作為溫度過高和溫度過低的報警控制引腳，P3．7作為蜂鳴器的控制引腳,。
3．1 溫度采樣
LM94022采用“10”模式,，在0～100℃范圍內(nèi)，用轉(zhuǎn)化公式：
T=(1 568-V)×0．122 699 38
對輸出電壓采樣(用運放LM2015作電壓跟隨器)并用ADC轉(zhuǎn)化,，由單片機提取,，計算并轉(zhuǎn)化成溫度。
3．2 時鐘電路
時鐘采用備用電池,，在第一次設定時間后,，所儲存的信息不會丟失，待下一次電路啟動的時候,，無需再次設定時間,，方便使用。
3．3 人機交換電路
系統(tǒng)由鍵盤作為人機交換器,，4×4結構如圖4所示,。其中，Time用于時間設定,；L-tem和H-tem分別用于低溫和高溫設定,；Return用于返回主界面。
3．4 復位功能
當按下復位鍵時,，對系統(tǒng)初始化,，系統(tǒng)的低溫設置為0．0℃，高溫設置為90．0℃,。
3．5 顯示界面
第一行顯示時間,，第二行顯示第一路和第二路的溫度，當出現(xiàn)緊急情況時,，第二行顯示原因,，第一行顯示第幾路出錯，并將有蜂鳴器鳴叫和LED燈提示,。
3．6 數(shù)據(jù)存儲
硬件存儲功能沒有實現(xiàn),，由于分工出現(xiàn)一些小的問題，導致軟硬件結合不當,，設計脫節(jié),，最終沒能實現(xiàn)存儲功能。
4 系統(tǒng)軟件設計
系統(tǒng)的軟件由三大模塊組成：主程序模塊,、功能實現(xiàn)模塊和運算控制模塊,。
4．1 主程序流程
系統(tǒng)上電復位后，進行初始化：選擇T0中斷(工作方式1)并設置定時器初值,，溫度測試電路初始化,，顯示電路初始化。若有按鍵按下,，禁止T0中斷,，顯示處理相應事件的界面。處理完事件后,，按下Return鍵,，T0中斷重新開啟，回到正常的溫度顯示界面,；沒有按鍵按下時,，如果T0中斷，則更新溫度值,，如圖5所示,。
4．2 顯示更新程序流程
圖6為顯示更新程序流程圖。如果T0中斷,，讀取溫度值并更新溫度值,，溫度更新時間為50 ms。對新讀取的溫度值進行處理,，如果高于或低于設定溫度值,，發(fā)出警報，相應二極管發(fā)光,。最終讀取并顯示溫度信息及時間,。
5 測試與結果分析
5．1 系統(tǒng)調(diào)試參數(shù)分析
測試儀器：萬用表，加熱儀器,。
采用程序模擬,，事先在電腦軟件上將其模擬好后再下載到單片機中,，由于時間有限，有部分硬件程序并未實現(xiàn),。下面就測試結果做大概描述：
表3給出了用萬用表測量LM94022在“10”模式下的電壓輸出值和PDF上的溫度值,。
由表3得出顯示溫度比LM94022輸出所代表的溫度小0．46℃，于是將線性公式加以修正：
Tem=Tem+0．46
原因分析：可能是與限流電阻的壓降作用有關,，由于限流電阻的作用是必不可少的,，而且LM94022輸出電壓波動不大，故用一修正值來彌補這一壓降,，以達到較高精度,。
5．2 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能
(1)能數(shù)字顯示被測溫度，測量溫度范圍為0～100℃,；
(2)分辨率不低于0．5℃,；
(3)提高溫度測量精度，使分辨率不低于0．1℃,；
(4)帶有計時和時間顯示功能,；
(5)至少有高、低兩路限溫控制輸出接口控制外部電路,，實際制作時可用發(fā)光二極管模擬顯示其控制狀態(tài)輸出,；
(6)高、低兩路限溫控制點可在0～100℃范圍內(nèi)獨立設置,；
(7)當溫度達到高,、低限溫控制點發(fā)出聲光報警；
(8)自動順時測量溫度值,；
(9)多路溫度巡檢(至少兩路),。
另外，溫度傳感器可通過導線連接而移動,，方便測量不同地點的溫度,，切實達到多路測量可移動的效果，改變測量地點時操作方便,。
6 結 語
該文報道的溫度計采用了高分辨率的溫度測控芯片LM94022,，用FM1602C液晶顯示實現(xiàn)溫度顯示，以STC89C58單片機為控制中心,，設計制作了寬量程,、高精度、多功能數(shù)字溫度計能準確達到各種要求,。與傳統(tǒng)的溫度計相比,，該數(shù)字溫度計具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣,，測溫準確,，其輸出溫度和時間采用數(shù)字顯示的特點,，不僅分辨率高，還可以設置報警溫度上下限,，當溫度達到高,、低限溫控制點發(fā)出聲光報警，在實際溫度控制系統(tǒng)中有廣泛的應用,。