基于采用AT89S51单片机和LM35温度传感器的温度采集显示系统设计

随着电子和传感威廉希尔官方网站 的快速发展，温度的测量和控制在民用、工业以及航空航天威廉希尔官方网站 等领域，等到了广泛应用。小型的、低功耗的、廉价的、可靠性高的温度传感器引起了人们的广泛关注。在实际生产、生活等领域中，温度是环境因素不可或缺的一部分，对温度进行及时精确的控制和检测显得尤为重要。本文基于AT89S51单片机，采用 LM35温度传感器，设计了一种灵敏度较高，抗干扰能力强，工作稳定可靠的温度采集显示系统。

1、系统结构及工作原理

温度采集显示系统电路由温度采集模块、A/D转换模块、单片机控制模块、数码管显示模块和下载模块组成。电路工作原理是：首先由LM35温度传感器采集外界环境的温度，经LM358放大10倍后以电压形式输入到A/D采样电路，由A/D转换器TLC549将温度的数字量值传送给单片机系统，再有单片机系统驱动数码管显示温度。本文设计的基于LM35的单片机温度采集显示系统的温度测量范围为 25℃ ～ 80℃温度采集显示系统电路是一个开环控制系统系统原理框图如图1示：

2、系统核心硬件电路设计

系统核心硬件电路设计主要包含温度采集模块的设计、A/D转换模块的设计、单片机控制模块的设计、数码管显示模块的设计和下载模块的设计。

2.1、采集模块的设计

传感器是信号输入的第一个环节，也是整个测试系统性能的关键环节之一，因此对传感器的正确选用显得尤为重要。在本系统中，温度采集模块的核心硬件采用LM35温度传感器，该器件有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，其输出电压与摄氏温度线性成比例，温度每上升1℃，电压上升10ms。LM35无需外部校准，可以提供±1/4℃的常用室温精度。从经济适用等多方面考虑，系统采用LM35温度传感器和LM358放大电路进行温度采集模块的设计，设计原理图如图2 所示。图2中，经过LM35传感器采集后的微弱电压通过 LM358 放大电路放大10倍后送入单片机。

2.2、/D 转换模块的设计

A/D转换模块的核心硬件采用 TLC549，它是CMOS串行的8位A/D转换器，该集成电路内置一个8位开关电容逐次逼近型ADC，A/D芯片转换时间为17us，支持电压为3V ～ 6V。TLC549 的使用只有输入/输出时钟，输入随着芯片选择（CS）的控制输入数据。TLC549的输入/输出时钟的输入频率高达1.1MHz。A/D转换模块的设计原理图，如图3所示：

2、3 单片机控制模块的设计

8031芯片由于内部没有程序存储器，需要进行外部扩展，不仅占用空间大，而且电路复杂度增大。51系列微处理器基于简化的嵌入式控制系统结构，在个人PC机、自动控制、甚至军事领域都应有广泛，作为控制核心优点凸现。单片机控制模块的核心硬件采用AT89S51，该单片机是一种低功耗、高性能CMOS的8位微控制器，具有8K系统可编程Flash存储器，可读可写。具有在线编程的功能，能够在线调试软件使其与硬件匹配。系统通过单片机驱动数码管，使其显示所测温度。单片机控制模块的设计原理图，如图4所示。

2.4、数码管显示模块的设计

显示系统是单片机控制系统的重要组成部分，主要用于显示各种参数的值，便于工作人员及时掌握生产过程。数码管显示模块采用普通8为数码管，利用单片机驱动数码管显示所测量的温度。数码管显示模块的设计原理图，如图5所示：

2.5、下载模块的设计

下载模块可以实现单片机之间的单机通信、多机通信，以及与计算机之间的通信，本系统主要实现从计算机上下载程序到单片机上，从而驱动整个电路板的工作。下载模块的核心硬件采用串口MAX232和RS232，MAX232是TTL和RS232电平相互转换的芯片。单片机通过内部的通用异步接收/发送器

（ UART）与MAX232进行通信。下载模块的设计原理图，如图6所示。

3、系统软件设计

系统软件设计采用C语言编程，模块化结构进行开发。该程序主要包括主函数、延时子函数、A/D转换子函数和温度显示子函数。其中，延时子函数和A/D转换子函数如图7-a所示，温度显示子函数和系统主函数如图7-b所示。

4、系统性能测试

性能测试表明，在室内恒速移动、室温变化不明显。同样，在室外进行温度采集，变化也不是很明显。当用手指捂住芯片或采用或暖风机加热使得室。温快速发生变化，温度急剧上升。测试结果表明本系统响应时间短，灵敏度高。

5、结论

温度采集和控制系统在现代生活中应用的十分广泛。系统实现了温度的采集和显示功能，经过反复试验表明该系统具有响应时间短、抗干扰能力强、工作稳定可靠等特点，同时具有体积小和成本低廉的优势，具有很高的工程价值，在日常生活和学术研究等领域有着广泛的应用前景。本系统采集的温度范围为25℃～80℃之间，温度数值的精度为整数，下一步将研究如何采用频率检测控制威廉希尔官方网站 来进一步提高温度测量精度和范围。同时，通过扩展后还可以用于温度测量、温度预警、控制为一体的多功能产品。