利用数码管显示的数字温度计论文

目 录第一章 任务要求和设计方案 .11.1 任务要求 .11.2 总体设计方案 .11.3 总体设计框图 .1第二章 硬件电路设计 .22.1 系统总电路图 .22.2 单片机系统 .22.3 数字温度传感器模块 .32.2.1 DS18B20 性能 .32.2.2 DS18B20 外形及引脚说明 .42.2.3 DS18B20 接线原理图 .42.2.4 DS18B20 时序图 .42.2.5 数据处理 .62.3 显示电路模块 .72.3.1 MAX7219 的性能 .72.3.2 管脚描述 .72.3.3 时序图 .82.3.4 数据寄存器和控制寄存器 .82.4 报警电路模块 .9第三章 软件设计 .103.1 主程序模块 .103.2 读温度值模块 .103.2.1 读温度值模块流程图 .113.2.2 DS18B20 初始化子程序流程图： .123.2.3 DS18B20 写字节和读字节子程序流程图： .133.3 中断模块 .14第四章 仿真验证 .15第五章 汇编程序 .16第五章 总结 .25参考文献 .261第一章 任务要求和设计方案1.1 任务要求STC12C5A60S2（引脚排序及基本功能同 AT89S51）作为主控芯片，设计利用数码管显示的温度计。一是利用 MAX7219 驱动 LG3641AH（或同型号共阴极）数码管，显示温度；二是设计外扩 DS18B20 数字温度传感器；三是编写相关程序实现温度显示功能；四是扩展报警电路，当温度越限时产生报警输出。1.2 总体设计方案考虑到在单片机属于数字系统，容易想到数字温度传感器，可选用 DS18B20 数字温度传感器，此传感器为单总线数字温度传感器，起体积小、构成的系统结构简单，它可直接将温度转化成串行数字信号给单片机处理，即可实现温度显示。另外 DS18B20 具有 3 引脚的小体积封装，测温范围为-55+125 摄氏度，测温分辨率可达 0.0625 摄氏度，其测量范围与精度都能符合设计要求。1.3 总体设计框图本方案设计的系统由单片机系统、数字温度传感器、LED 显示模块、温度报警模块组成，其总体架构如下图 1。1-1 总体方案设计图单片机测温电路 DS18B20 驱动 MAX7219 显示 LED报警电路2第二章 硬件电路设计2.1 系统总电路图图 2-1 总体电路图的设计2.2 单片机系统1. 本设计采用 AT89C51 单片机作为控制器，完成所有功能的控制，包括： DS18B20 数字温度传感器的初始化和读取温度值 LED 数码管显示驱动与控制 温度设置和报警 温度值的存储和读取2. 单片机系统电路原理图：2-2 单片机系统原理图32.3 数字温度传感器模块图 2-3 温度传感器电路2.2.1 DS18B20 性能 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通信 简单的多点分布应用 无需外部器件 可通过数据线供电 零待机功耗 测温范围-55+125，以 0.5递增 可编程的分辨率为 912 位，对应的可分辨温度分别为 0.5、0.25、0.125和0.0625 温度数字量转换时间 200ms，12 位分辨率时最多在 750ms 内把温度转换为数字 应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计和任何热感测系统 负压特性：电源极性接反时，传感器不会因发热而烧毁，但不能正常工作2.2.2 DS18B20 外形及引脚说明4图 2-4 DS18B20 外形及引脚 GND：地 DQ：单线运用的数据输入/输出引脚 VD：可选的电源引脚2.2.3 DS18B20 接线原理图单总线通常要求接一个约 4.7K 左右的上拉电阻，这样，当总线空闲时，其状态为高电平。图 2-5 DS18B20 接线原理图2.2.4 DS18B20 时序图主机使用时间隙来读写 DS18B20 的数据位和写命令字的位。1. 初始化时序如下图：图 2-6 DS18B20 初始化时序2. DS18B20 读写时序：5图 2-7 DS18B20 读写时序2.2.5 数据处理高 速 暂 存 存 储 器 由 9 个 字 节 组 成 ， 其 分 配 如 表 5 所 示 。 当 温 度 转 换 命 令 发 布 后 ， 经 转 换 所 得 的温 度 值 以 二 字 节 补 码 形 式 存 放 在 高 速 暂 存 存 储 器 的 第 0 和 第 1 个 字 节 。 单 片 机 可 通 过 单 线 接 口 读到 该 数 据 ， 读 取 时 低 位 在 前 ， 高 位 在 后 。图 2-8 字节分配下 表 为 12 位 转 化 后 得 到 的 12 位 数 据 ， 存 储 在 18B20 的 两 个 8 比 特 的 RAM 中 ， 二 进 制 中 的 前 面5 位 是 符 号 位 ， 如 果 测 得 的 温 度 大 于 0， 这 5 位 为 0， 只 要 将 测 到 的 数 值 乘 于 0.0625 即 可 得 到 实际 温 度 ； 如 果 温 度 小 于 0， 这 5 位 为 1， 测 到 的 数 值 需 要 取 反 加 1 再 乘 于 0.0625 即 可 得 到 实 际 温度 。 例 如 +125 的 数 字 输 出 为 07D0H，实 际 温 度 =07D0H*0.0625=2000*0.0625=125 。6例 如 -55 的 数 字 输 出 为 FC90H， 则 应 先 将 11 位 数 据 位 取 反 加 1 得 370H（ 符 号 位 不 变 ， 也 不 作 运算 ） ，实 际 温 度 =370H*0.0625=880*0.0625=55 。可 见 其 中 低 四 位 为 小 数 位 。图 2-9 DS18B20 温度数据表2.3 显示电路模块图 2-10 数码管驱动显示电路72.3.1 MAX7219 的性能（1）10MHz 连续串行口（2） 独立的LED 段控制（3） 数字的译码与非译码选择（4） 150A 的低功耗关闭模式（5） 亮度的数字和模拟控制（6）高电压中断显示（7） 共阴极LED 显示驱动（8）限制回转电流的段驱动来减少EMI（MAX7221）（9）SPI, QSPI, MICROWIRE串行接口（MAX7221）（10） 24 脚的 DIP 和 SO 封装2.3.2 管脚描述1： DIN 串行数据输入端口。在时钟上升沿时数据被载入内部的16 位寄存器。2,3,5-8,10,11： DIG 0DIG7 八个数据驱动线路置显示器共阴极为低电平。关闭时7219 此管脚输出高电平，7221 呈现高阻抗。4,9： GND 地线（4 脚和9 脚必须同时接地）12：LOAD(MAX7219) 载入数据。连续数据的后16 位在LOAD 端的上升沿时被锁定。CS (MAX7219) 片选端。该端为低电平时串行数据被载入移位寄存器。连续数据的后16 位在 cs 端的上升沿时被锁定。13： CLK 时钟序列输入端。最大速率为10MHz.在时钟的上升沿，数据移入内部移位寄存器。下降沿时，数据从DOUT端输出。对MAX7221 来说，只有当 cs 端为低电平时时钟输入才有效。14-17,20-23：SEGASEG G,DP7 段和小数点驱动，为显示器提供电流。当一个段驱动关闭时，7219 的此端呈低电平，7221 呈现高阻抗。18： SET 通过一个电阻连接到VDD 来提高段电流。19： V+ 正极电压输入，+5V24： DOUT 串行数据输出端口，从DIN 输入的数据在16.5 个时钟周期后在此端有效。使用多个MAX7219/MAX7221时用此端方便扩展。82.3.3 时序图图2-11 时序图2.3.4 数据寄存器和控制寄存器列出了14 个可寻址的数据寄存器和控制寄存器。数据寄存器由一个在片上的88 的双向SRAM 来实现。它们可以直接寻址所以只要在V+大于2V 的情况下每个数据都可以独立的修改或保存。控制寄存器包括编码模式、显示亮度、扫描限制、关闭模式以及显示检测五个寄存器。表2-1 数据寄存器和控制寄存器92.4 报警电路模块当温度超过设定温度值时，实现报警，蜂鸣器鸣叫图 2-12 报警电路第三章 软件设计3.1 主程序模块主程序需