數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)報(bào)告C語(yǔ)言

1、-PAGE . z1 設(shè)計(jì)概況1.1 設(shè)計(jì)概述 本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)測(cè)溫比擬準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用，該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī)AT89C52，測(cè)溫傳感器使用DS18B20，用兩只4位共陰極LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)溫度顯示,能準(zhǔn)確到達(dá)以上要求。1.2 設(shè)計(jì)符合以下要求：根本圍-20-70精度誤差為0.5LED數(shù)碼管直讀顯示，當(dāng)溫度為負(fù),則顯示負(fù)號(hào)；最低位顯示攝氏度符號(hào)C。當(dāng)溫度不在根本圍時(shí)，蜂鳴器報(bào)警當(dāng)溫度大于70， 發(fā)光二極管閃爍；當(dāng)溫度小于-20， 發(fā)光二極管閃爍1.3 所用材料： 溫度傳感

2、器DS18B20一個(gè)，AT89C52一個(gè)，12M晶振一個(gè)，四位共陰極數(shù)碼管兩個(gè)，蜂鳴器一個(gè)，發(fā)光二極管兩個(gè)，電阻電容及導(dǎo)線假設(shè)干。2 方案的總體設(shè)計(jì)框圖 溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示，控制器采用單片機(jī)AT89C52，溫度傳感器采用DS18B20，用兩只4位LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。主 控 制 器 LED顯 示溫 度 傳 感 器 時(shí)鐘振蕩 蜂鳴器 發(fā)光二極管圖1總體設(shè)計(jì)方框圖2.1主控制器 主控制器采用單片機(jī)AT89C52。AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存

3、儲(chǔ)器RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片置通用8位中央 處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出I/O端口，同時(shí)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2 個(gè)讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)展編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)本錢。 2.2 顯示電路 顯示電路采用兩只4位共陰LED數(shù)碼管和數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)芯片74

4、LS245。 四位數(shù)碼管 如下圖：圖2 數(shù)碼管的外形尺寸圖3 數(shù)碼管的引腳排布 注：管腳順序：從數(shù)碼管的正面看，以第一引腳為起點(diǎn)，管腳的順序是逆時(shí)針排列的。 A-11 B-7 C-4 D-2 E-1 F-10 G-5 DP-3數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)芯片74LS24574LS245用來(lái)驅(qū)動(dòng)led或者其他的設(shè)備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)*74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。*當(dāng)8051單片機(jī)的P0口總線負(fù)載到達(dá)或超過(guò)P0最大負(fù)載能力時(shí)，必須接入74LS245等總線驅(qū)動(dòng)器*/G=1, DIR=*(*=0或者1)，輸入和輸出均為高阻態(tài)；高阻態(tài)的含意就是相當(dāng)于沒有這

5、個(gè)芯片。*當(dāng)/G低電平有效時(shí)，DIR=0”，信號(hào)由B向A傳輸接收DI；DIR=1”，信號(hào)由A向B傳輸；發(fā)送。圖4 74LS245引腳分布2.3溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司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(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 DS18B20的性能特點(diǎn)如下：獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)展通信；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；無(wú)須外部器件；可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓圍為3.05.5；零待機(jī)功耗；溫度以或位數(shù)字；用戶可定義報(bào)警設(shè)置；報(bào)警搜索命令識(shí)別并

6、標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度溫度報(bào)警條件的器件；負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20詳細(xì)引腳功能描述 見下表。 序號(hào)名稱引腳功能描述1GND地信號(hào)2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)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(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。通信過(guò)程：1主機(jī)拉低單總線至少480us產(chǎn)生復(fù)位脈沖；2主機(jī)釋放單總線，進(jìn)入接收模式，釋放時(shí)產(chǎn)生上升沿；3單總線器件檢測(cè)到上升沿，延時(shí)15-60us；4單總線器件通過(guò)拉低總線60-240us來(lái)產(chǎn)生應(yīng)答脈沖；5主機(jī)承受應(yīng)答信號(hào)，對(duì)從機(jī)ROM進(jìn)展命令和功能命令操作

7、；所有讀寫時(shí)序至少60us，兩個(gè)獨(dú)立的時(shí)序間至少1us回復(fù)時(shí)間。 DS18B20的根本參數(shù)DS18B20的64位ROM的構(gòu)造開場(chǎng)位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48位，最后位是前面56位的CRC檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)展通信的原因。溫度報(bào)警觸發(fā)器和，可通過(guò)軟件寫入戶報(bào)警上下限。DS18B20溫度傳感器的部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存和一個(gè)非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的構(gòu)造為字節(jié)的存儲(chǔ)器，構(gòu)造如圖3所示。頭個(gè)字節(jié)包含測(cè)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(fù)位時(shí)被刷新。第個(gè)字節(jié)，為配置存放器，它的容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨

8、率。DS18B20工作時(shí)存放器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)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(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式，DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為，用戶要去改動(dòng)，R1和0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來(lái)設(shè)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 DS18B20字節(jié)定義由表2可見，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比擬長(zhǎng)，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)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(lái)檢驗(yàn)數(shù)

9、據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開場(chǎng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第、字節(jié)。單片機(jī)可以通過(guò)單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625LSB形式表示。當(dāng)符號(hào)位時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。表2是一局部溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。表2 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與RAM中的TH、T字節(jié)容作比擬。假設(shè)TH或TTL，則將該器件的報(bào)警標(biāo)

10、志位置位，并對(duì)主機(jī)發(fā)出的報(bào)警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只DS18B20同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)展報(bào)警搜索。在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼CRC。主機(jī)ROM的前56位來(lái)計(jì)算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比擬，以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。DS18B20的測(cè)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(hào)送給減法計(jì)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(hào)作為減法計(jì)數(shù)器的脈沖輸入。器件中還有一個(gè)計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門翻開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)展計(jì)數(shù)進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的

11、開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器、溫度存放器中，計(jì)數(shù)器和溫度存放器被預(yù)置在55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)展減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值減到時(shí)，溫度存放器的值將加，減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器重新開場(chǎng)對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)展計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到時(shí)，停頓溫度存放器的累加，此時(shí)溫度存放器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直到溫度存放器值大致被測(cè)溫度值。表3一局部溫度對(duì)應(yīng)值表溫度/二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+1250

12、000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H另外，由于DS18B20單線通信

13、功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作按協(xié)議進(jìn)展。操作協(xié)議為：初使化DS18B20發(fā)復(fù)位脈沖發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)。DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為信號(hào)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(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為10us。采用寄生電源供電方式時(shí)VDD端接地。由

14、于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。2.4 系統(tǒng)整體硬件電路主板電路系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，蜂鳴器報(bào)警電路，發(fā)光二極管報(bào)警電路，單片機(jī)控制電路等，如圖5 所示。圖5 單片機(jī)主板電路顯示電路顯示電路由兩只四位共陰極數(shù)碼管和數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片組成。如圖6所示。本圖數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片未畫出。圖6 溫度顯示電路3系統(tǒng)軟件算法分析系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計(jì)算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。3.1主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，其程序流程見圖7所示。Y發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過(guò)ROM命令發(fā)

15、讀取溫度命令讀取操作，CRC校驗(yàn)9字節(jié)完.CRC校驗(yàn)正.確.移入溫度暫存器完畢NNY初始化調(diào)用顯示子程序1S到.初次上電讀出溫度值溫度計(jì)算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開場(chǎng)命令NYNY圖7 主程序流程圖圖8讀溫度流程圖3.2讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)展CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)展溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖8示發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過(guò)ROM命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開場(chǎng)命令 完畢圖9 溫度轉(zhuǎn)換流程圖3.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開場(chǎng)命令，當(dāng)采用12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用1s顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換

16、的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如上圖，圖9所示3.4 計(jì)算溫度子程序計(jì)算溫度子程序?qū)AM中讀取值進(jìn)展BCD碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)展溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖10所示。 開場(chǎng)溫度零下溫度值取補(bǔ)碼置標(biāo)志計(jì)算小數(shù)位溫度BCD值 計(jì)算整數(shù)位溫度BCD值 完畢置+標(biāo)志NY溫度數(shù)據(jù)移入顯示存放器十位數(shù)0.百位數(shù)0.十位數(shù)顯示符號(hào)百位數(shù)不顯示百位數(shù)顯示數(shù)據(jù)不顯示符號(hào) 完畢NNYY圖10計(jì)算溫度流程圖 圖11顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖3.5 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對(duì)顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)展刷新操作，當(dāng)最高顯示位為0時(shí)將符號(hào)顯示位移入下一位。程序流程圖如圖11。3.6 總程序 *inclu

17、de *include *define uchar unsigned char*define uint unsigned intsbit DQ=P36;/wendusbit BEEP=P37; /蜂鳴器驅(qū)動(dòng)線sbit HI_LED=P14;sbit LO_LED=P15;/共陰數(shù)碼管段碼及空白顯示/uchar code DSY_CODE =0*3F,0*06,0*5B,0*4F,0*66,0*6D,0*7D,0*07,0*7F,0*6F,0*00;/溫度小數(shù)位對(duì)照表uchar code df_Table=0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9;/報(bào)警溫度上下限，為進(jìn)展正

18、負(fù)數(shù)比擬，此處注意設(shè)為char類型/取值圍為-128+127，DS18B20支持圍為-50+125/char Alarm_Temp_HL2=70,-20;/uchar CurrentT=0;uchar Temp_Value=0*00,0*00;uchar Display_Digit=0,0,0,0;bit HI_Alarm=0,LO_Alarm=0;bit DS18B20_IS_OK=1;uint Time0_Count=0;/延時(shí)/void Delay(uint *) while( -* );/初始化DS18B20/uchar Init_DS18B20() uchar status; DQ

19、=1; /DQ復(fù)位 Delay(8); /稍做延時(shí) DQ =0; /單片機(jī)將DQ拉低 Delay(90); / DQ =1; /拉高總線 Delay(8); status=DQ; / Delay(100); DQ=1; return status;/讀一字節(jié)/uchar ReadOneByte() uchar i,dat = 0; DQ = 1;_nop_(); for (i=0;i=1;DQ = 1;_nop_();_nop_(); if(DQ) dat|=0*80;Delay(4);DQ = 1; return dat;/寫一節(jié)/void WriteOneByte(uchar dat) u

20、char i; for (i=0;i=1; /讀取溫度值/void Read_Temperature() if( Init_DS18B20() = 1) DS18B20_IS_OK=0; else WriteOneByte(0*CC); / 跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作 WriteOneByte(0*44); / 啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換 Init_DS18B20(); WriteOneByte(0*CC); /跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作 WriteOneByte(0*BE); /讀取溫度存放器等共可讀9個(gè)存放器 前兩個(gè)就是溫度 Temp_Value0=ReadOneByte(); Temp_Value1=ReadOn

21、eByte(); Alarm_Temp_HL0=ReadOneByte(); Alarm_Temp_HL1=ReadOneByte(); DS18B20_IS_OK=1; /設(shè)置DS18B20溫度報(bào)警值/void Set_Alarm_Temp_Value() Init_DS18B20(); WriteOneByte(0*CC); / 跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作 WriteOneByte(0*4E); WriteOneByte(Alarm_Temp_HL0); WriteOneByte(Alarm_Temp_HL1); WriteOneByte(0*7F); Init_DS18B20(); Write

22、OneByte(0*CC); WriteOneByte(0*48);/在數(shù)碼管上顯示溫度/void Display_Temperature() uchar i; uchar t=150; uchar ng=0,np=0; char Signed_Current_Temp; /如果為負(fù)數(shù)則取反加1，并設(shè)置負(fù)號(hào)標(biāo)識(shí)及負(fù)號(hào)顯示位置 if (Temp_Value1&0*F8)=0*F8) Temp_Value1=Temp_Value1; Temp_Value0=Temp_Value0+1; if (Temp_Value0 = 0*00) Temp_Value1+; ng =1; np= 0*FD;/查

23、表得到小數(shù)局部Display_Digit0 =df_TableTemp_Value0&0*0F;/獲取溫度整數(shù)局部無(wú)符號(hào)CurrentT=(Temp_Value0&0*0F)4)|(Temp_Value1&0*07)=Alarm_Temp_HL01:0;LO_Alarm =Signed_Current_Temp =Alarm_Temp_HL11:0;/Display_Digit3 =CurrentT / 100;Display_Digit2 =CurrentT % 100 / 10;Display_Digit1 =CurrentT % 10;if(Display_Digit3 =0) Disp

24、lay_Digit3 =10; np = 0*FB; if(Display_Digit2 =0) Display_Digit2 =10; np = 0*F7;/for (i=0;i30;i+) P0 = 0*39;P2= 0*7F; Delay(t); P2 =0*FF; P0 = 0*63;P2= 0*BF; Delay(t); P2 =0*FF; P0 =DSY_CODEDisplay_Digit0; P2 = 0*DF;Delay(t); P2 =0*FF; P0 =(DSY_CODEDisplay_Digit1)| 0*80; P2 = 0*EF;Delay(t); P2 =0*FF;

25、 P0 =DSY_CODEDisplay_Digit2; P2 = 0*F7;Delay(t); P2 =0*FF; P0 =DSY_CODEDisplay_Digit3; P2 = 0*FB;Delay(t); P2 =0*FF; if(ng)/ P0 = 0*40;P2 = np;Delay(t); P2 =0*FF; /void T0_INT() interrupt 1 TH0 =-1000 / 256; TL0 =-1000 % 256; BEEP=!BEEP ; if( +Time0_Count = 400) Time0_Count = 0; if (HI_Alarm) HI_LED = HI_LED; else HI_LED = 1; if (LO_Alarm) LO_LED = LO_LED; else LO_LED = 1; / void main(void) IE = 0*82; TMOD = 0*01; TH0 =