數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)與總結(jié)報(bào)告-2

PAGEPAGE8數(shù)字溫度計(jì)（A2題）設(shè)計(jì)與總結(jié)報(bào)告專科組：陳春梁福鑫鐘才莉摘要：隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研等各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù),本設(shè)計(jì)在參閱了大量前人設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)的基礎(chǔ)上，利用單片機(jī)技術(shù)結(jié)合DS18B20溫度傳感器和DS1302時(shí)鐘芯片構(gòu)建了一個(gè)數(shù)字溫度計(jì)。本溫度計(jì)屬于多功能溫度計(jì)，當(dāng)測(cè)量溫度超過(guò)設(shè)定的溫度上、下限，啟動(dòng)蜂鳴器和指示燈報(bào)警，可以顯示當(dāng)前測(cè)量日期、時(shí)間、溫度，可調(diào)整顯示日期、時(shí)間和星期。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；數(shù)字控制；數(shù)字溫度計(jì)；DS18B20；DS1302；報(bào)警前言本設(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)溫范圍廣，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)溫比較準(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)AT89S52，測(cè)溫傳感器使用DS18B20，以及使用時(shí)鐘芯片DS1302測(cè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘，用一塊低功耗的RT1602C液晶顯示器以串口傳送數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)溫度和時(shí)間顯示,能準(zhǔn)確達(dá)到以上要求。本設(shè)計(jì)主要分為兩部分：硬件電路及軟件程序。而硬件電路又大體可分為單片機(jī)小系統(tǒng)電路、測(cè)溫電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、聲光報(bào)警電路、語(yǔ)音報(bào)讀電路、LED顯示電路及電源電路，各部分電路的設(shè)計(jì)及原理將會(huì)在硬件電路設(shè)計(jì)部分詳細(xì)介紹；程序的設(shè)計(jì)使用C語(yǔ)言編程，利用Keil軟件對(duì)其編譯和仿真，詳細(xì)的設(shè)計(jì)算法將會(huì)在程序設(shè)計(jì)部分詳細(xì)介紹。一、方案論證比較與選擇方案一：由于本設(shè)計(jì)是測(cè)溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩，制作成本高。方案二：定時(shí)電路定時(shí)電路溫度采集（串行脈沖輸出）脈沖放大計(jì)數(shù)電路譯碼顯示微分電路計(jì)數(shù)清零方案二原理框架圖此設(shè)計(jì)方案是由數(shù)字式溫度傳感器、單穩(wěn)態(tài)定時(shí)電路、計(jì)數(shù)電路、譯碼與LED數(shù)碼管顯示電路等組成的。但其測(cè)溫范圍較小，電路設(shè)計(jì)也比較繁瑣。方案三：進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，因此我們改用一種智能傳感器DS18B20作為檢測(cè)元件，測(cè)溫范圍-55℃~+125℃，分辨率最大可達(dá)0.0625℃。此傳感器，可以直接讀取被測(cè)溫度值，而且采用3線制與單片機(jī)相連，減少了外部硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。從以上三種方案，很容易看出，采用方案三，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，故采用了方案三。二、系統(tǒng)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)AT89S52，溫度傳感器采用DS18B20,實(shí)時(shí)時(shí)鐘采用DS1302,用RT1602C液晶顯示器以串口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度和時(shí)間的顯示。三、主要電路設(shè)計(jì)1.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，時(shí)鐘電路，時(shí)間與溫度顯示電路，聲光報(bào)警和按鍵電路，單片機(jī)主板電路等，如圖1.1所示。圖1.1中有五個(gè)獨(dú)立式按鍵可以分別調(diào)整時(shí)間設(shè)置和復(fù)位，圖中蜂鳴器可以在被測(cè)溫度不在上下限范圍內(nèi)時(shí)，發(fā)出報(bào)警鳴叫聲音以及紅燈閃爍，同時(shí)液晶顯示器將被測(cè)溫度值和時(shí)間顯示出來(lái)。其中按健復(fù)位電路是上電復(fù)位加手動(dòng)復(fù)位，使用比較方便，在程序跑飛時(shí)，可以手動(dòng)復(fù)位，這樣就不用在重起單片機(jī)電源，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。圖1.1單片機(jī)主板電路2.DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)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(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源,如圖2.1所示。另一種是寄生電源供電方式，如圖2.2所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)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。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。

圖2.1DS18B20與單片機(jī)的接口電路圖2.1DS18B20與單片機(jī)的接口電路3.時(shí)鐘電路1.DS1302的引腳圖如圖3.1所示。2.管腳說(shuō)明如圖3.2所示。圖3.1DS1302的引腳圖圖3.2管腳說(shuō)明圖3.DS1302與單片機(jī)的接口如圖3.3所示。圖3.3DS1302與單片機(jī)的接口電路4.顯示電路本系統(tǒng)的顯示部分采用RT1602C字符顯示模塊，與采用數(shù)碼管相比，硬件連接和軟件調(diào)試上都由優(yōu)勢(shì)。只要把要顯示的內(nèi)容放進(jìn)液晶模塊的顯示存儲(chǔ)器里面就可以直觀的顯示出指定的內(nèi)容，操作方便。RT1602C接口功能：引腳號(hào)符號(hào)功能1Vss（GND）接地0V2VDD+5V±10%3V0顯示偏壓信號(hào)4RS數(shù)據(jù)/命令控制，H/L5R/W讀/寫控制，H/L6E使能信號(hào)7～14D0～D7數(shù)據(jù)I/O15BL1背光源正16BL2背光源負(fù)RT1602C采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳接口，其中：第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15～16腳：空腳

RT1602C液晶顯示模塊可以和單片機(jī)AT89C51直接接口，電路如圖4.1所示。圖4.1液晶顯示原理圖該模塊的硬件原理圖如圖4.1所示。RT1602C的數(shù)據(jù)口接單片機(jī)的P0口，使能端E接P2.7，液晶的RS端接P2.5，讀寫端RW接P2.6，這樣使用下面的子程序就可以實(shí)現(xiàn)寫入命令和數(shù)據(jù)： LcdEn=0; LcdRs=style; LcdRw=0; _nop_(); DBPort=input; _nop_();//注意順序 LcdEn=1; _nop_();//注意順序 LcdEn=0; _nop_(); LCD_Wait(); 5.電源電路需要提供給系統(tǒng)+5V的電源。電源采用橋式全波整流、大電容濾波、三端穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓的方法，可產(chǎn)生各種直流電壓。穩(wěn)壓芯片采用的是7805典型電路，如圖2.2.4所示。圖2.2.4電源穩(wěn)壓電路采用這種電路的+5V電源在輸出前經(jīng)過(guò)了電感和電容組合網(wǎng)絡(luò)濾波，實(shí)測(cè)紋波小于3mV。6聲光報(bào)警與按鍵電路按鍵的開關(guān)狀態(tài)通過(guò)一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過(guò)程在相應(yīng)的I/O端口形成一個(gè)負(fù)脈沖。閉合和釋放過(guò)程都要經(jīng)過(guò)一定的過(guò)程才能達(dá)到穩(wěn)定，這一過(guò)程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動(dòng)。抖動(dòng)持續(xù)時(shí)間的常長(zhǎng)短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般在5-10ms之間。為了避免CPU多次處理按鍵的一次閉合，應(yīng)采用措施消除抖動(dòng)。本文采用的是獨(dú)立式按鍵，直接用I/O口線構(gòu)成單個(gè)按鍵電路，每個(gè)按鍵占用一條I/O口線，每個(gè)按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)產(chǎn)生互相影響。電路圖如下：P3.0口表示時(shí)間表的切換，當(dāng)按下該開關(guān)，程序默認(rèn)為最后的顯示，表示當(dāng)前執(zhí)行的是最后輸入的數(shù)據(jù)，用紅發(fā)光二級(jí)管顯示。P3.1口表示數(shù)字“+“鍵，按一下則對(duì)應(yīng)的數(shù)字加1，用紅發(fā)光二級(jí)管顯示，表示當(dāng)前執(zhí)行的是數(shù)據(jù)輸入。P3.2口表示數(shù)字“-”鍵，按一下則對(duì)應(yīng)的數(shù)字減1，用紅發(fā)光二級(jí)管顯示，表示當(dāng)前執(zhí)行的是數(shù)據(jù)輸入。P3.3口表示功能移位鍵，按鍵選擇要調(diào)整的年、月、日、周、時(shí)、分、秒，用紅發(fā)光二級(jí)管顯示，表示當(dāng)前執(zhí)行的是數(shù)據(jù)輸入。四、單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)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，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序，設(shè)置和調(diào)整時(shí)間程序等。4.1主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度和時(shí)間的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20測(cè)量的當(dāng)前溫度值和DS1302測(cè)量的時(shí)間，并且通過(guò)按鍵的控制可以設(shè)置和調(diào)整時(shí)間，溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度和時(shí)間，其程序流程見圖4.1所示。4.2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)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖4.2示。4.3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)出溫度轉(zhuǎn)換開始命令，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)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如上圖，圖4.3所示。Y發(fā)出DS18B20復(fù)位命令Y發(fā)出DS18B20復(fù)位命令發(fā)出跳過(guò)ROM命令發(fā)出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？移入溫度暫存器結(jié)束NNY初次上電默認(rèn)液晶顯示掃描各功能鍵調(diào)整模式讀出時(shí)間和溫度值顯示數(shù)據(jù)刷新初始化YNNY圖4.1主程序流程圖圖4.2讀溫度流程圖 4.4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)行刷新操作，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4.4所示。發(fā)出DS18B20復(fù)位命令發(fā)出跳過(guò)ROM命令發(fā)出DS18B20復(fù)位命令發(fā)出跳過(guò)ROM命令發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換開始命令結(jié)束溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器十位數(shù)0？百位數(shù)0十位數(shù)顯示、百位數(shù)不顯示百位數(shù)顯示數(shù)據(jù)（不顯示符號(hào)）結(jié)束NNYY圖4.3溫度轉(zhuǎn)換流程圖圖4.4顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖4.5設(shè)置和調(diào)整時(shí)間程序設(shè)置和調(diào)整時(shí)間程序主要功能是設(shè)置和調(diào)整時(shí)間，并對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，顯示出相應(yīng)的時(shí)間。程序流程圖如圖4.5所示。DS1302時(shí)鐘初次化DS1302時(shí)鐘初次化讀出時(shí)間讀出時(shí)間數(shù)據(jù)刷新掃描各功能鍵調(diào)整模式NY圖4.5設(shè)置和調(diào)整時(shí)間程序五、總結(jié)與體會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)月的奮戰(zhàn)，終于完成了我們的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，雖然沒有完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但從心底里說(shuō)，還是高興的，畢竟這次設(shè)計(jì)把實(shí)物基本做了出來(lái)，高興之余不得不深思呀！在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)很多的問(wèn)題，雖然以前還做過(guò)這樣的設(shè)計(jì)但這次設(shè)計(jì)真的讓我長(zhǎng)進(jìn)了很多，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)重點(diǎn)就在于軟件算法的設(shè)計(jì)，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過(guò)幾次程序，但我覺的寫好一個(gè)程序并不是一件簡(jiǎn)單的事，舉個(gè)例子，以前寫的那幾次，數(shù)據(jù)加減時(shí)，我用的都是軟件計(jì)算法，這一次，我全部用的都是10進(jìn)制的數(shù)直接加減，顯示處理時(shí)在用除法去刪分,感覺效果比較好，有好多的東西，只有我們?nèi)ピ囍隽?，才能真正的掌握，只學(xué)習(xí)理論有些東