数电课程设计 数字温度计.docx

数电课程设计 数字温度计1 设计务任和要求 1.1、基本范围-55125 1.2、精度误差小于0.5 1.3、LED 数码直读显示 1.4、可以任意设定温度的上下限报警功能 2. 系统总体方案及硬件设计 2.1数字温度计设计方案论证 2.1.1方案一 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D 转换电路，其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算，感温电路比较麻烦。而且在对采集的信号进行放大时容易受温度的影响从而出现较大的偏差。 2.1.2 方案二 考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，电路简单，精度高，软硬件都以实现，而且使用单片机的接口便于系统的再扩展，满足设计要求。 从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，费用较低，可靠性高，软件设计也比较简单，故采用了方案二。 2.2系统总体设计 温度计电路设计总体设计方框图如图2.1所示，控制器采用单片机STC89C52，温度传感器采用DS18B20，用4位LED 数码管以串口传送数据实现温度显示。 图2.1 有了总体设计方案后，下面就是原理图的制作了。原理图如下图2.2及图2.3示。1 将数码管电路与主控制电路分开画，最后两者是用导线连接。数码管位选接P20P23，段选接P0口。 图2.2数码管电路 图2.3单片机控制电路 2.3模块简介 系统由单片机最小系统、显示电路、按键、温度传感器等组成。 2 2.3.1 主控制器 单片机STC89C52 具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。晶振采用12MHZ。复位电路采用上电加按钮复位。 图2.4晶振电路 图2.5复位电路 2.3.2 显示电路 显示电路采用4 位共阴极LED 数码管，P0 口由上拉电阻提高驱动能力，作为段码输出并作为数码管的驱动。P2 口的低四位作为数码管的位选端。采用动态扫描的方式显示。 2.3.3温度传感器 DS18B20 温度传感器是美国DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现位的数字值读数方式。DS18B20 的性能特点如下： 1、独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信； 2、多个DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能 3、无须外部器件； 4、可通过数据线供电，电压范围为3.05.5； 5、零待机功耗； 6、温度以或位数字； 7、用户可定义报警设置； 8、报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度的器件； 9、负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作； DS18B20 可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20 的1 脚接地，2 脚作为信号线，3 脚接电源。 为保证在有效的DS18B20 时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET 管来完成对总线的上拉。当DS18B20 处于写存储器操作和温度A/D 转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD 端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。 图2.6温度传感器与单片机的连接 2.3.4报警温度调整按键 本系统设计三个按键，采用查询方式，一个用于选择切换设置报警温度和当前温度，另外两个分别用于设置报警温度的加和减。均采用软件消抖。 3 图2.7按键电路 3. 系统软件算法分析 系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据刷新子程序，按键扫描处理子程序等。 3.1主程序流程图 主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20 的测量的当前温度值，温度测量每1s 进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图3.1 所示。 图3.1 主程序流程图 3.2读出温度子程序 读出温度子程序的主要功能是读出RAM 中的9 字节，在读出时需进行CRC 校验，校验有错时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图3.2 示 3.3温度转换命令子程序 温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12 位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s 显示程序延时法等待转换的完成。温度转换命令4 子程序流程图如图3.3 所示 图3.2读文读流程图 图3.3温度转换流程图 3.4 计算温度子程序 计算温度子程序将RAM 中读取值进行BCD 码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图3.4 所示。 3.5 显示数据刷新子程序 显示数据刷新子程序主要是对分离后的温度显示数据进行刷新操作，当标志位位为1时将符号显示位移入第一位。程序流程图如图3.5。 图3.4 计算温度流程图 图3.5显示数据刷新流程图 3.6按键扫描处理子程序 按键采用扫描查询方式，设置标志位，当标志位为1 时，显示设置温度，否则显示当前温度。如下图3.6 示。 5 图3.6按键扫描处理流程图 4. 电路仿真 通过仿真软件验证该原理图的可行性。采用protues软件对电路仿真，可以得到预期效果。因protues软件中没有STC89C52故用AT89C52代替。仿真图如图4.1示。 图4.1电路仿真图 6 右图4.2为温度传感器的仿真效果图，此图验证了传感器的温度与数码管显示的数字一致。 当按下SET 键一次时，进入温度报警上线调节，此时显示软件设置的温度报警上线，按ADD或DEC 分别对报警温度进行加一或减一。当再次按下SET 键时，进入温度报警下线调节，此时显示软件设置的温度报警下线，按ADD或DEC 分别对报警温度进行加一或减一。当第三次按下SET 键时，退出温度报警线设置。显示当前温度。 共阳极七段式数码管上拉电阻一般多少欧？可以使470欧姆 控制在5mA到10mA之间就好了。电流大了亮度就高。 共阴极数码管 共阴就把黑表笔随便接一个管脚上，然后用红表笔在其他管脚上试没有亮的就把黑表笔换个管脚，有亮的记得是第几个数码管亮。 在电路图中，数码管左下端由ABCDEFGDP字母，把他们所对应的数码管上的脚与单片机32-39脚相连，数码管有下端有1234，它们就是COM1234.注意 单片机插座 AT89C52 复位系统10K电阻10uF、2M的晶振、30pF×2 按钮开关 4位共阴极数码管 DS18B20 按键4，1K电阻3个、10K一个，三极管8550 200欧姆12个 蜂鸣器 杜邦线20根 7 程序源代码 #include "reg52.h" #include "intrins.h" /_nop_;延时函数用 #define dm P0 /段码输出口 #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit DQ=P27; /温度输入口 sbit w0=P20; /数码管4 sbit w1=P21; /数码管3 sbit w2=P22; /数码管2 sbit w3=P23; /数码管1 sbit beep=P17; /蜂鸣器和指示灯 sbit set=P26; /温度设置切换键 sbit add=P24; /温度加 sbit dec=P25; /温度减 int temp1=0; /显示当前温度和设置温度的标志位为0 时显示当前温度 uint h; uint temp; uchar r; uchar high=35,low=20; uchar sign; uchar q=0; uchar tt=0; uchar scale; /*温度小数部分用查表法*/ uchar code ditab16=0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09; /小数断码表 uchar code table_dm12=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x40; /共阴LED 段码表"0" "1" "2" "3" "4" "5" "6" "7" "8" "9" "不亮" "-" uchar table_dm1=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef; /个位带小数点的断码表 uchar data temp_data2=0x00,0x00; /读出温度暂放 uchar data display5=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00; /显示单元数据，共4 个数据和一个运算暂用 /*11us 延时函数*/ void delay(uint t) for (;t>0;t-); void scan 8 int j; for(j=0;j<4;j+) switch (j) case 0: dm=table_dmdisplay0;w0=0;delay(50);w0=1;/xiaoshu case 1: dm=table_dm1display1;w1=0;delay(50);w1=1;/gewei case 2: dm=table_dmdisplay2;w2=0;delay(50);w2=1;/shiwei case 3: dm=table_dmdisplay3;w3=0;delay(50);w3=1;/baiwei / elsedm=table_dmb3;w3=0;delay(50);w3=1; /*DS18B20 复位函数*/ ow_reset(void) char presence=1; while(presence) while(presence) DQ=1;_nop_;_nop_;/从高拉倒低 DQ=0; delay(50); /550 us DQ=1; delay(6); /66 us presence=DQ; /presence=0 复位成功,继续下一步 delay(45); /延时500 us presence=DQ; DQ=1; /拉高电平 /*DS18B20 写命令函数*/ /向1-WIRE 总线上写1 个字节 void write_byte(uchar val) uchar i; for(i=8;i>0;i-) DQ=1;_nop_;_nop_; /从高拉倒低 DQ=0;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_; /5 us DQ=val&0x01; /最低位移出 delay(6); /66 us 9 val=val/2; /右移1 位 DQ=1; delay(1); /*DS18B20 读1 字节函数*/ /从总线上取1 个字节 uchar read_byte(void) uchar i; uchar value=0; for(i=8;i>0;i-) DQ=1;_nop_;_nop_; value>>=1; DQ=0;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_; /4 us DQ=1;_nop_;_nop_;_nop_;_nop_; /4 us if(DQ)value|=0x80; delay(6); /66 us DQ=1; return(value); /*读出温度函数*/ read_temp ow_reset; /总线复位 delay(200); write_byte(0xcc); /发命令 write_byte(0x44); /发转换命令 ow_reset; delay(1); write_byte(0xcc); /发命令 write_byte(0xbe); temp_data0=read_byte; /读温度值的第字节 temp_data1=read_byte; /读温度值的高字节 temp=temp_data1; temp<<=8; temp=temp|temp_data0; / 两字节合成一个整型变量。 return temp; /返回温度值 /*温度数据处理函数*/ /二进制高字节的低半字节和低字节的高半字节组成一字节,这个 /字节的二进制转换为十进制后,就是温度值的百、十、个位值,而剩 10 /下的低字节的低半字节转化成十进制后,就是温度值的小数部分 /*/ work_temp(uint tem) uchar n=0; if(tem>6348) / 温度值正负判断 tem=65536-tem;n=1; / 负温度求补码,标志位置1 display4=tem&0x0f; / 取小数部分的值 display0=ditabdisplay4; / 存入小数部分显示值 display4=tem>>4; / 取中间八位,即整数部分的值 display3=display4/100; / 取百位数据暂存 display1=display4%100; / 取后两位数据暂存 display2=display1/10; / 取十位数据暂存 display1=display1%10; /个位数据 r=display1+display2*10+display3*100; /符号位显示判断/ if(!display3) display3=0x0a; /最高位为0 时不显示 if(!display2) display2=0x0a; /次高位为0 时不显示 if(n)display3=0x0b; /负温度时最高位显示"-" void BEEP if(r>=high&&r<129)|r<low) beep=!beep; else beep=0; /*设置温度显示转换*/ void xianshi(int horl) int n=0; if(horl>128) horl=256-horl;n=1; 11 display3=horl/100; display3=display3&0x0f; display2=horl%100/10; display1=horl%10; display0=0; if(!display3) display3=0x0a; /最高位为0 时不显示 if(!display2) display2=0x0a; /次高位为0 时不显示 if(n) display3=0x0b; /负温度时最高位显示"-" /*按键查询程序*/ void keyscan int temp1; /最高温度和最低温度标志位 if(set=0) while(1) delay(500);/消抖 if(set=0) temp1+; while(!set) scan; if(temp1=1) xianshi(high); scan; if(add=0) while(!add) scan; high+=1; 12 if(dec=0) while(!dec) scan; high-=1; if(temp1=2) xianshi(low); if(add=0) while(!add) scan; low+=1; if(dec=0) while(!dec) scan; low-=1; scan; if(temp1>=3) temp1=0; break; /*主函数*/ void main dm=0x00; /初始化端口 w0=0; w1=0; w2=0; w3=0; for(h=0;h<4;h+) /开机显示"0000" displayh=0; 13 ow_reset; /开机先转换一次 write_byte(0xcc); /Skip ROM write_byte(0x44); /发转换命令 for(h=0;h<100;h+) /开机显示"0000" scan; while(1) if (temp1=0) work_temp(read_temp); /处理温度数据 BEEP; scan; /显示温度值 keyscan; else keyscan; /*结束*/ 14