引 言
隨著時代的發展，數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，朝著數字化、智能化控制方向發展。
這里介紹一種數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液晶顯示實現溫度顯示，設計制作了寬量程高精度多功能數字溫度計能準確達到各種要求。本文設計研制的數字溫度計與傳統的溫度計相比，具有讀數方便，測溫范圍廣，測溫準確的特點，其輸出溫度和時間采用數字顯示，該數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 系統設計方案的論證與比較
1．1 運用LED數碼管顯示與運用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將其轉化成數字信號，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，用轉化公式：
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轉化，由單片機提取，計算并轉化成溫度。
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，對系統初始化，系統的低溫設置為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 數據存儲
硬件存儲功能沒有實現，由于分工出現一些小的問題，導致軟硬件結合不當，設計脫節，最終沒能實現存儲功能。
4 系統軟件設計
系統的軟件由三大模塊組成：主程序模塊、功能實現模塊和運算控制模塊。
4．1 主程序流程
系統上電復位后，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，發出警報，相應二極管發光。最終讀取并顯示溫度信息及時間。
5 測試與結果分析
5．1 系統調試參數分析
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。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 系統實現的功能
(1)能數字顯示被測溫度，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，實際制作時可用發光二極管模擬顯示其控制狀態輸出；
(6)高、低兩路限溫控制點可在0～100℃范圍內獨立設置；
(7)當溫度達到高、低限溫控制點發出聲光報警；
(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、多功能數字溫度計能準確達到各種要求。與傳統的溫度計相比，該數字溫度計具有讀數方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度和時間采用數字顯示的特點，不僅分辨率高，還可以設置報警溫度上下限，當溫度達到高、低限溫控制點發出聲光報警，在實際溫度控制系統中有廣泛的應用。