设计论文基于单片机的数字温度计设计.docVIP

1．设计任务与要求 本课题的研究方法是利用单片机和数字温度传感器DS18B20设计一台数字温度计。单片机作为主控制器，数字温度传感器DS18B20作为测温元件，传感器DS18B20可以读取被测量温度值，进行转换，从而用4位共阳极LED数码管来显示转换后的温度值，可以设定温度的上下限报警功能， 实现报警提示。 2.系统的总体设计方案 本设计将利用DS18B20智能温度传感器和单片机小系统，设计一个数字温度采集系统。并设计一个人机接口电路：键盘采用独立按键（功能自定义），显示器采用共阴极4位LED显示。系统的总体设计方案框图如图2.1所示 图2.1 系统的总体设计方案框图 3.硬件设计 本设计采用的是AT89C52单片机为核心的数字温度计，包含了利用温度传感器DS18B20的测温电路、外接键盘、显示电路、报警电路、复位电路和晶振电路。以DS18B20为主要测温元件进行实时监控温度值。以4位数码管为显示器件，利用单片机的P0口和电阻排来驱动4位数码管的显示；利用单片机的P1.7来驱动温度传感器DS18B20测温；报警电路利用三极管放大作用驱动报警器报警；按键是利用单片机的P1口和上拉电阻来驱动工作 3.1复位电路设计 复位电路有上电自动复位和按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，只要电源VCC的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与VCC电源接通而实现的，而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的。本系统的复位电路采用上电复位方式。电路图如图所示： 图3.2 晶振电路图 3.3 DS18B20芯片简介 DS18B20主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20外形及管脚排列如图3.8和表3-3所示[5]。 DS18B20管脚排列如表3-1所示。 表3-1 DS18B20引脚定义： 名称 引脚功能描述 1 GND 地信号 2 DQ 数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。 3 VDD 可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。 3.4 测温电路设计 数字温度传感器DS18B20的测温电路如图所示3.3所示DS18B20的测温电路 3.5 按键模块设计 利用单片机的IO口实现按键的中断输入。另外需要一个与门实现与中断端口的连接。按键电路如图所示K1为进入/退出设置键；K2为增加键；K3为减少键。当按下K1 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K2或K3分别对报警温度进行加一或减一。当再次按下K1 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K2或K3分别对报警温度进行加一或减一。当第三次按下K1 键时，退出温度报警线设置。显示当前温度。按键模块电路如图3.4所示 图3.4 按键模块电路图 3.6 报警电路设计 三极管8550驱动蜂鸣器：报警电路如图3.5所示三极管来驱动蜂鸣器BUZ1。 图3.5 报警电路图 显示电路设计 采用四位共阴极LED数码管来显示温度的大小，可以直接读取。四位数码管的显示电路如图3.6所示，从左到右依次是百位，十位，个位，十分位。 图3.6 显示电路图 4. 系统软件设计 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和按键扫描处理子程序等。 4.1 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4.1 所示。 图4.1 主程序流程图 4.2 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4.2示： 图4.2 读出温度子程序流程图 4.3 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。温度转换命令子程序流程图如图4.3 所示： 图4.3 温度转换命令子程序流程图 4.4 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4.4 所示。 图4.4 计算温度子程序流程图 4.5 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