電信------基于數(shù)碼管顯示的溫度檢測儀

1、摘 要 隨著當今世界經(jīng)濟的快速開展和信息化時代的來臨，各種各樣的小型智能家電陸續(xù)出現(xiàn)我們的日常生活當中。溫度計是人們生活中不可或缺的日常用品，但一般的溫度計都為玻璃制品，使用不便。數(shù)字溫度計采用智能電子控制和顯示技術，改善了玻璃溫度計的缺陷。本設計以AT89C52單片機為核心，構成單片機控制電路實時測量當前溫度。AT89C52是一種帶4KB字節(jié)可編程Flash存儲器。該器件采用ATMEL非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的80C51指令集和輸出管腳兼容。單片機技術已經(jīng)成為一種比擬成熟的技術，本文將介紹一種基于單片機控制的數(shù)字溫度計，它能自動測量當前溫度，是一個很好的家用智能產(chǎn)品。關鍵詞：單片

2、機、數(shù)字、溫度計、DS18B20、AT89C52目 錄第1章 緒論1 概述1222第2章 系統(tǒng)組成及工作原理22.1 AT89C52控制模塊2 2.2 DS18B20溫度傳感器 2 2.3 LED數(shù)碼管電路及工作原理22.4 系統(tǒng)整體硬件電路2第3章 系統(tǒng)程序設計33.1 程序設計流程圖 33.2 源程序第4章 系統(tǒng)調試與仿真4 4.1 軟件介紹4 4.2 KeilC軟件介紹45結論6致謝8參考文獻7設計要求完成硬件電路設計完成電路程序設計根本范圍-50110LED數(shù)碼管顯示測得溫度完成設計電路的仿真測試方案一：由于本設計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，再將隨被測溫度變化

3、的電壓或電流采集過來，進行A/D轉換后，就可以利用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設計需要用到A/D轉換電路，感溫電路比擬麻煩。方案二：在單片機電路設計中，經(jīng)常使用傳感器，溫度傳感器的種類眾多，在應用與高精度，高可靠性的場合上DALLAS達拉斯公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器當仁不讓。超小的體積，超低的硬件開銷，抗干擾能看力強，精度高，附加功能強，使得DS18B20更受歡送。對于我們普通的電子愛好者來說，DS18B20的優(yōu)勢更是我們學習單片機技術和開發(fā)溫度相關的小產(chǎn)品的不二選擇。溫度傳感器DS18B20具有獨特的單線接口，僅需要一個端口引腳進行通信，電壓范圍

4、僅為3.05.5V，而且有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測量值自動轉換，測溫準確的特點。溫度傳感器DS18B20就滿足本設計要求。 通過以上兩個方案的比擬，我們采用了方案二，程序和電路設計簡單。1.4 總體設計框圖溫度計電路設計總體設計方框圖如圖1.1所示，控制器采用AT89C52，溫度傳感器采用DS18B20，用4位LED數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)實現(xiàn)溫度顯示。主 控 制 器單片機復位LED顯 示溫 度 傳 感 器時鐘振蕩圖1.1總體設計方框圖DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改良型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的

5、編程實現(xiàn)位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 TO92封裝的DS18B20的引腳排列見下列圖，其引腳功能描述見表1。底視圖 DS18B20表1DS18B20詳細引腳功能描述序號名稱引腳功能描述1GND地信號2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。DS18B20的性能特點如下：獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；無須外部器件；可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5；零待機功耗；溫度以或位數(shù)字；用戶可定義報警設置；報警搜索命令識別并標

6、志超過程序限定溫度溫度報警條件的器件；負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20采用腳PR35封裝或腳SOIC封裝，其內部結構框圖如圖2所示。C64 位ROM和單線接口高速緩存存儲器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發(fā)器TH低溫觸發(fā)器TL配置存放器8位CRC發(fā)生器Vdd I/O 圖2 DS18B20內部結構64位ROM的結構開始位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后位是前面56位的CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器和，可通過軟件寫入戶報警上下限。DS18B20溫度傳感器的內部存儲器還包括一

7、個高速暫存和一個非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結構為字節(jié)的存儲器，結構如圖3所示。頭個字節(jié)包含測得的溫度信息，第和第字節(jié)和的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第個字節(jié)，為配置存放器，它的內容用于確定溫度值的數(shù)字轉換分辨率。DS18B20工作時存放器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖3所示。低位一直為，是工作模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式，DS18B20出廠時該位被設置為，用戶要去改動，R1和0決定溫度轉換的精度位數(shù)，來設置分辨率。溫度 LSB溫度 MSBTH用戶字節(jié)1TL用戶字節(jié)2配置存放器保存保存保存CRC 圖3 DS18B

8、20字節(jié)定義由表1可見，DS18B20溫度轉換的時間比擬長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉換時間越長。因此，在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。高速暫存的第、字節(jié)保存未用，表現(xiàn)為全邏輯。第字節(jié)讀出前面所有字節(jié)的CRC碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。LSB形式表示。當符號位時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉換為十進制；當符號位時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。表2是一局部溫度值對應的二進制溫度數(shù)據(jù)。表1 DS18B20溫度轉換時間表 DS18B20完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與RAM中的TH、T字節(jié)內容作比擬。假設TH或T

9、TL，那么將該器件內的報警標志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應。因此，可用多只DS18B20同時測量溫度并進行報警搜索。在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼CRC。主機ROM的前56位來計算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比擬，以判斷主機收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。DS18B20的測溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當計數(shù)門翻開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計

10、數(shù)進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將55所對應的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器、溫度存放器中，計數(shù)器和溫度存放器被預置在55所對應的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器的預置值減到時，溫度存放器的值將加，減法計數(shù)器的預置將重新被裝入，減法計數(shù)器重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計數(shù)到時，停止溫度存放器的累加，此時溫度存放器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)器門仍未關閉就重復上述過程，直到溫度存放器值大致被測溫度值。表2一局部溫度對應值表溫度/二進

11、制表示十六進制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H0000 0001 1001 00000191H0000 0000 1010 000100A2H0000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H1111 1111 1111 0000FFF8H-1111 1111 0101 1110FF5EH1111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫

12、時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初使化DS18B20發(fā)復位脈沖發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。圖4 DS18B20與單片機的接口電路2.2.2 DS18B20溫度傳感器與單片機的接口電路DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖4 所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時鐘周期內提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為

13、10us。采用寄生電源供電方式時VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。DS18B20有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。DS18B20的復位時序 DS18B20的讀時序對于DS18B20的讀時序分為讀0時序和

14、讀1時序兩個過程。對于DS18B20的讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在15秒之內就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20在完成一個讀時序過程，至少需要60us才能完成。DS18B20的寫時序對于DS18B20的寫時序仍然分為寫0時序和寫1時序兩個過程。對于DS18B20寫0時序和寫1時序的要求不同，當要寫0時序時，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣IO總線上的“0電平，當要寫1時序時，單總線被拉低之后，在15us之內就得釋放單總線。4.3 LED數(shù)碼管顯示接口在單片機應用系統(tǒng)中，如果需要顯示的內容只有數(shù)碼和某

15、些字母，使用LED數(shù)碼管是一種較好的選擇。LED數(shù)碼管顯示清晰、本錢低廉、配置靈活，與單片機接口簡單易行。 LED數(shù)碼管LED數(shù)碼管是由發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件。圖4-3a為0.5inLED數(shù)碼管的外形和引腳圖，其中七只發(fā)光二極管分別對應ag筆段構成“字形另一只發(fā)光二極管Dp作為小數(shù)點。因此這種LED顯示器稱為七段數(shù)碼管或八段數(shù)碼管。圖4-3 LED數(shù)碼管LED數(shù)碼管按電路中的連接方式可以分為共陰型和共陽型兩大類，如圖4-3示b、c所示。共陽型是將各段發(fā)光二極管的正極連在一起，作為公共端COM，公共端COM接高電平，ag、Dp各筆段通過限流電阻接控制端。某筆段控制端低電平時，該筆

16、段發(fā)光，高電平時不發(fā)光?？刂七@幾段筆段發(fā)光，就能顯示出某個數(shù)碼或字符。共陰型是將各數(shù)碼發(fā)光二極管的負極連在一起，作為公共端COM接地，某筆段通過限流電阻接高電平時發(fā)光。LED數(shù)碼管按其外形尺寸有多種形式，使用較多的是和；按顯示顏色也有多種形式，主要有紅色和綠色；按亮度強弱可分為高亮和普亮，指通過同樣的電流顯示亮度不一樣，這是因發(fā)光二極管的材料不一樣而引起的。LED數(shù)碼管的使用與發(fā)光二極管相同，根據(jù)其材料不同正向壓降一般為1.52V額定電流為10mA，最大電流為40mA。靜態(tài)顯示時取10mA為宜，動態(tài)掃描顯示可加大，加大脈沖電流，但一般不超過40mA。 LED數(shù)碼管編碼方式當LED數(shù)碼管與單片機

17、相連時，一般將LED數(shù)碼管的各筆段引腳a、b、g、Dp按某一順序接到MCS51型單片機某一個并行I/O口D0、D1、D7，當該I/O口輸出某一特定數(shù)據(jù)時，就能使LED數(shù)碼管顯示出某個字符。例如要使共陽極LED數(shù)碼管顯示“0，那么a、b、c、d、e、f各筆段引腳為低電平，g和Dp為高電平，如表4-1所示。表4-1 共陽極LED數(shù)碼管顯示數(shù)字“0時各管段編碼D7D6D5D4D3D2D1D0字段碼顯示數(shù)Dpgfedcba11000000C0H0C0H稱為共陽極LED數(shù)碼管顯示“0的字段碼，不計小數(shù)點的字段碼稱為七段碼，包括小數(shù)點的字段稱為八段碼。LED數(shù)碼管編碼方式有多種，按小數(shù)點計否可分為七段碼和

18、八段碼；按共陰共陽可分為共陰字段碼和共陽字段碼，不計小數(shù)點的共陰字段碼與共陽字段碼互為反碼；按a、b、g、Dp編碼順序是高位在前，還是低位在前，又可分為順序字段碼和逆序字段碼。甚至在某些特殊情況下將a、b、g、Dp順序打亂編碼。表4-2為共陰和共陽LED數(shù)碼管幾種八段編碼表。表4-2 共陰和共陽LED數(shù)碼管幾種八段編碼共陰順序小數(shù)點暗共陰逆序小數(shù)點暗共陽順序小數(shù)點亮共陽順序小數(shù)點暗Dp g f e d c b a16進制a b c d e f g dp16進制00 0 1 1 1 1 1 13FH1 1 1 1 1 1 0 0FCH40HC0 H10 0 0 0 0 1 1 006H0 1 1

19、 0 0 0 0 0 60H79HF9 H20 1 0 1 1 0 1 15BH1 1 0 1 1 0 1 0DAH24HA4 H30 1 0 0 1 1 1 14FH1 1 1 1 0 0 1 0F2H30HB0 H40 1 1 0 0 1 1 066H0 1 1 0 0 1 1 066H19 H99 H50 1 1 0 1 1 0 16DH1 0 1 1 0 1 1 0B6H12 H92 H60 1 1 1 1 1 0 17DH1 0 1 1 1 1 1 0BEH02 H82 H70 0 0 0 0 1 1 107H1 1 1 0 0 0 0 0E0H78 HF8 H80 1 1 1 1

20、1 1 17FH1 1 1 1 1 1 1 0FEH00 H80 H90 1 1 0 1 1 1 16FH1 1 1 1 0 1 1 0F6H10 H90 H LED數(shù)碼管顯示方式和典型應用電路LED數(shù)碼管顯示電路在單片機應用系統(tǒng)中可分為靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。 第四章 系統(tǒng)調試與仿真4.1 Proteus軟件介紹 隨著科技的開展，“計算機仿真技術已成為許多設計部門重要的前期設計手段。 Proteus軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具；可以仿真

21、51系列、AVR、PIC等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設計開發(fā)環(huán)境。 在PROTUES繪制好原理圖后，調入已編譯好的目標代碼文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理圖中看到模擬的實物運行狀態(tài)和過程。PROTEUS不僅可將許多單片機實例功能形象化，也可將許多單片機實例運行過程形象化。前者可在相當程度上得到實物演示實驗的效果，后者那么是實物演示實驗難以到達的效果。 它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機實驗硬件高度對應。這在相當程度上替代了傳統(tǒng)的單片機

22、實驗教學的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調試、運行結果等。4.2 Keilc軟件介紹 Keil C51 Vision2集成開發(fā)環(huán)境是Keil Software，Inc/Keil Elektronik GmbH開發(fā)的基于80C51內核的微處理器軟件開發(fā)平臺，內嵌多種符合當前工業(yè)標準的開發(fā)工具，可以完成從工程建立到管理、編譯、鏈接、目標代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開發(fā)流程尤其是C編譯工具在產(chǎn)生代碼的準確性和效率方面到達了較高的水平，而且可以附加靈活的控制選項，在開發(fā)大型工程時非常理想。Keil C51集成開發(fā)環(huán)境的主要功能有以下幾點： Vision2 for W

23、indows：是一個集成開發(fā)環(huán)境，它將工程管理、源代碼編輯和程序調試等組合在一個功能強大的環(huán)境中；C51國際際準化C交叉編譯器：從C源代碼產(chǎn)生可重定位的目標模塊；A51宏匯編器：從80C51匯編源代碼產(chǎn)生可重定位的目標模塊；BL51鏈接器/定位器：組合由C51和A51產(chǎn)生的可重定位的目標模塊，生成絕對目標模塊；LIB51庫管理器：從目標模塊生成連接器可以使用的庫文件； OH51目標文件至HEX格式的轉換器，從絕對目標模塊生成Intel Hex文件；致謝 經(jīng)過2個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，作為一個?？粕漠厴I(yè)設計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周的地方，如果沒有導師的催促指導。

24、以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。 在這里要感謝熊曉倩老師，她循導善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪；她嚴謹細致，一絲不茍的作風一直是我們工作.學習中的典范；并將積極影響我今后的學習和工作。 其次要感謝我的伙伴們，他們在本次設計中勤奮工作，克服了許多困難來完成此次畢業(yè)設計，并承當了大局部的工作量。如果沒有他們的努力工作，此次設計的完成將變的非常困難。 然后要感謝大學3年來的所有老師，為我們打下了電子專業(yè)知識的根底；同時還要感謝08電信所有的同學們，正是因為有你們的支持和鼓勵。我才能在溫暖的環(huán)境中茁壯成長并順利完成畢業(yè)設計。 最后感謝武漢職業(yè)技術學院三年來對我的大力栽培。 謝謝！ 結論AT89C53控制模塊 AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電