温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域,尤其在热学实验(如：物体的比热容、汽化热、热功当量、压强温度系数等教学实验)中,有特别重要的意义。现在所使用的温度计通常都是精度为1℃和0.1℃的水银、煤油或酒精温度计。这些温度计的刻度间隔通常都很密,不容易准确分辨,读数因难,而且它们的热容量还比较大,达到热平衡所需的时间较长,因此很难读准,并且使用非常不方便。而利用晶体三极管3DG6C的基极与集电极之间正向电压降Ubc随温度T呈线性变化的关系作为温度传感器,以OP07构成放大器,以为控制核心,具有测量间隔可设定、测量结果可自动记录、可查询,并经简单扩展就具有报警能力和同PC机进行数据交换的0.01℃数显温度计,并用于热学实验取得成功。

整机电由温度信号采集放大电、A/D转换电、CPU控制与显示电三部分组成,其框图如图1所示。温度信号由数据采集电中的温度传感器转换为电信号,经放大电后,送入A/D转换器,转换后,以BCD码形式送入CPU,再由程序控制其输出显示,键盘完成各项设置。

如图2所示,晶体三极管Q1（3DG6C）的BE极相连,利用基极与集电极之间正向电压降Ubc随温度呈线性变化的关系作为温度传感器[1]。MC1403(IC1)的输出（2.5V）作为供电电源,以满足电压稳定性及测量精度较高的要求。由具有低失调、低噪声、低漂移的高精度集成运算放大器OP07 (IC2)[2]及R2、R3组成差动放大器,将温度传感器检测到的与温度有关的电信号进行适当放大后再输出到由R6送入IC5（ICL7315）的10脚,以进行A/D转换。

运算放大器OP07反相输入端接入的信号是随温度变化的PN结压降U1,同相输入端加一固定不变的电压U2。U2表示0℃时PN结上的压降,它可以通过精密可调电阻RP2进行调节。在该放大器中,取R2=R4和R3=R5,则输出电压Uo表示为：

放大器的放大倍数设计成5倍,将Q1的BE极之间电压变化2mv/℃放大到10mv/℃。MC1403同时为ICL7135提供基准电压源。

A/D转换电的核心是ICL7135(IC4)。ICL7135是具有高准确度、通用型的CMOS单片 位双积分式A/D转换器,量程为2.0000V,BCD码输出,输出信号与TTL电平兼容。其工作的基准电压为1V,由MC1403经过分压后提供。如图3所示,C2是自调零电容,C4基准电容,R9和C3是自积分输入电阻和电容。ICL7135工作的时钟频率是125KHz,由74HC00(IC2)构成的多谐振荡器提供。10脚输入进来的是OP07的输出信号,其电压大小表示了温度的大小,经A/D转换后输出BCD码,接入AT89C51。D1～D5是LED的位选信号,不直接接LED,而是同AT89C51相接,统一由AT89C51提供LED的位选信号。

由P3.5～P3.7经74H138(IC7)译码后提供。显示温度时,只需5位,但考虑到某些情况下可能要显示其它信息(如时钟),LED采用6位。P2口接16个按键,以完成对此温度计的设置和控制功能。当显示所测试的温度时,整个系统为量程为2V的直流电压表,将温度传感器检测到的温度信号变为相应的电压信号,放大后,输入到此电压表,即可由电压大小表示出温度的大小,因为电压表的最小读数是0．1mV,所以,用电压表示温度时可以读出的最小温度是0．01℃。

软件设计是本设计的关键之一。和直接利用ICL7315来制作的温度计相比,正是由于AT89C51可灵活编程实现各种控制功能,可满足不同的实际需要。本设计编写的程序可实现具有测量间隔可设定、测量结果可自动记录、可查询的功能。

程序主要由五大部分组成：主函数、定时器中断函数（调度器内核）部分、扫描键盘与处理键盘函数、显示刷新函数、从ICL7135读取数据函数、时间刷新函数。主函数初始化系统,然后添加四个任务：扫描与处理键盘、刷新显示、读取数据、刷新时间；最后把控制权交给调度器内核,在不需要运行任务的时候,微控器进入休眠模式以降低功耗,如图5所示。

因为温度计对精度要求高,对速度要求低,故用定时器中断来作调度器内核,主要任务是计算什么时刻要运行什么任务,然后调用相应的任务函数,如图6所示。

扫描键盘函数在调度器的调度下每20ms执行一次,利用此20ms的时间间隔正好用延时消除抖动来消除键盘抖动。键盘设计成行列矩阵式,功能有：设定时间、设定测量时间间隔、切换时钟状态和温度计状态、开始和结束温度测量、查询以前测量的温度数据。其流程如图7所示。显示刷新函数在调度器的调度下每4ms执行一次,显示刷新函数用于动态显示七段LED显示管。读取数据函数在调度器的调度下每1S执行一次,运行此函数时, 单片机 从ICL7135中读取一次数据。程序流程如图8所示。

温度计定标时用数字电压表测量ICL7135第2、3两脚之间的电压值(基准电压),调节R5,使其在2V左右；将传感器Q1放入冰水混合物中,经过充分搅拌达到热平衡后调节R6,使显示读数为0.00(标定0℃)；利用气压计读出当时当地的大气压强,并根据大气压强,当地重力加速度计算出当时的实际压强；根据沸点与压强的关系查出沸点温度．把传感器放入沸水中,待显示读数稳定后仔细调节R5,使显示器显示读数等于当地当时的沸点温度后定标工作结束[1]。本温度计的量程为-50～150℃,读数精度为0.01℃,考虑到实际使用一般在0℃～100℃。我们用0℃～50℃和50℃～100℃的精密水银温度计作捡验标准,测量结果见表1。其中T水银为水银温度计的测量值,最后一位是估计值,T数字为数字温度计测量值,最后一位是显示值。由测试结果可知,所设计的温度计能达到要求

本数显温度计具有读数方便,精度高的特点。引入 单片机 AT89C51控制后,可以通过不同的软件设计以完成不同的使用要求。系统设计时保留引脚P3.2,如在该引脚外接一扬声器,整流器,可通过软件编程实现温度超限报警,作为温度报警器用。通过保留的串口,可以实现与PC机的通讯,增加串口通讯程序模块就可用作多点温度检测系统的下位机。

[2] 谈文心,钱聪,宋云购．模拟集成电原理及应用[M].西安：西安交通大学出版社,1995．16～39.

[3] 何立民.MCS－51 单片机 应用系统设计[M].：航空航天大学出版社 1995.9

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/*名称：C51IO口模拟I2C总线驱动EEPROM（AT24C16）说明：I2C总线是由Philips公司开发的一种简单、半双工同步串行总线。它只需要两根线（SCL、SDA）即可在连接于总线上的器件之间传送信息。其中SCL时钟总线用于同步数据,SDA数据总线用来发送数据（或地址）。和SPI总线C总线通过在SDL上发送存储器的地址用来选中总线上对应的设备。关于具体的通信协议这里就不说了,无非是通过IO口模拟产生所需信号（如通信开始信号是SCL为高时,SDA产生一个下降沿信号。） 驱动程序中有 具体的说明。*///定义I2C相关变量sbit SCL=P2

/*名称：C51IO口模拟I2C总线说明：关于EEPROM,即这里的AT24C16是一个特殊形式的FLASH存储器,不过其容量一般较少。比较适合于存储少量的数据。AT24C16的通信接口是标准的I2C通信,即我们需要根据I2C通信协议来EEPROM设备。 关于AT24C16的的各种操作,这里就不细讲了,简单介绍一下。（1）、主机向AT24C16写一个字节：首先需要发送设备地址,然后发送需要访问的存储器地址。然后在发送要写入的数据。这里省略了开始、结束和确认等信号的产生。（2）、指定页写入n个字节：和（1）的基本操作很类似。不同的是可以连续写入n个数据。这里要小注意一点的就是,写入的数据

AT24C02存储规格总共32个page,每个page为8byte。总共256KB(2Kb),地址的长度需要使用8bit(刚好可以用来表示256个字节的地址)来表示。AT24CC02的地址设备的地址由8bit组成,前4 bit是固定的(1010)；接着的3 bit是和A2 A1 A0的硬件连接相关,通过指定这3 bit可以在统一个I2C系统里面最多连接8个AT24C02设备；第8bit用来表示读/写选择,1表示读/0表示写。AT24C02会和总线上的设备地址进行比较,假如一直则AT24C02输出一个0,不一致则返回的是standby状态。TQ2440开发板的A2 A1 A0地址线的读写地址格式为：读

结合ioctl和at24c02的介绍,写了个at24c02的测试程序测试硬件平台：TQ2440、at24c02内核版本：linux-2.6.37.1读写单独分开成两个小程序。源码如下：写测试程序：#include stdio.h#include fcntl.h#include stdlib.h#include string.h#include linux/i2c-dev.h#include errno.hint main(int argc, char *argv[]){ int num, err, i, j!int fd

中的存储地址(8位长度)显然还差了一位,那么就需要从设备地址中"借"1位,这就使得AT24C04具有两个I2C地址,例如0x50和0x51。3.4 存储地址相对于AT24C04而言,存储地址占1个字节。若换成其他I2C设备,例如ADXL345,存储地址被寄存器地址替代即可,其他操作方式相似。但是像AT24C32或AT24C64这样的大容量EEPROM,则存储地址需要2字节描述,也就意味着需要连续发送两个字节地址信息且高字节在前。其他像BH1750这样的光照芯片,存储地址被具体的操作命令替代,使用I2C设备时需要因地制宜,切不可照搬。3.5 连续读和连续写AT24C04中存在页的概念,一页的大小为8字节,若果在单页的范围内

1 AT24C02的硬件连接电图2 从设备地址在进行I2C通信时,主机发送启动信号后,再发送寻址信号。器件的地址有7位和10位,以7为地址寻址为例,寻址信号由一个字节构成,高7位为地址位,最低位为方向位,用来表示主机与从器件的数据传输方向,方向位0代表主机接下来对从器件进行写操作,方向位为1,表明主机接下来对器件进行读操作。AT24C02的高4位是固定的,为1010b,低3位则由A0/A1/A2信号线的电平决定。按照我们此处的连接, A0/A1/A2 均为 0,所以EEPROM 的 7 位设备地址是： 1010 000b ,即 0x50。由于 I2C 通讯

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