数字温度计.doc

数字温度计技术文档学 校：中南大学专 业：电子信息0804队伍成员：田 佳 奇王 利 云日期：2010年3月12日目录目录11.摘要12 .功能简介13 .硬件电路13.1数字温度计电源模块23.2数字温度计主控电路21主控制器STC80C51321602显示模块33DS18B20测温模块44时钟震荡电路54系统软件算法分析64.1主程序64.2读出温度子程序64.3温度转换命令子程序64.4 计算温度子程序64.5 显示数据刷新子程序8相应程序清单：81.主函数程序（包括传感器切换、时间温度保存、回显程序）82.DS18B20功能程序163.1602功能函数184.DS1302功能函数215.参考文献24- 24 - -1.摘要本设计是采用单片机技术的数字温度计，近年来集成电路技术的出现和应用，推动了人类文明的突飞猛进。基于集成电路技术的单片机产品更是方便了人们的生活和工作，目前以单片机技术的应用为核心的产品种类非常丰富，应用我们所学过的知识和查阅的相关资料，我们按照所给的要求制作了这个以单片机技术为核心的时间温限可调数字式多路测温温度计。本“数字温度计”的设计采用了STC89C52为主控芯片，DS18B20为温度传感器，DS1302为外部时钟计时，测试结果和记录时间通过LCD1602显示输出，在充分理解了设计及要求后，准确地定位了设计的目的，构思了总体的方案，在完成了基于KEIL编译环境下软件设计并通过开发板模拟后，又选择了合适的硬件进行了PCB电路设计和调试。2 .功能简介（1）能数字显示被测温度，测量温度范围0100 0C；（2）分辨率0.10C；（3）带有计时和时间显示功能；（4）有高、低两路限温控制输出接口控制外部电路；（5）高、低两路限温控制点可在0100 0C范围内独立设置 ；（6）当温度达到高、低限温控制点发出声光报警。（7）自动顺时测量并保存温度值和测量时间；（8）两路温度巡检和温度、时间保存；（9）可以查询、回显存储器中自动测量的温度值和测量时刻；3 .硬件电路硬件电路是程序的一个依托，没有一个完整坚固的硬件系统，那么程序就如同架空的灵魂。考虑到焊接以及稳定性的因素，本设计采取印制电路板来做硬件电路。电路总共分为6个模块，分别是：电源电路、DS18B20温度探测模块、1602显示模块、1302时钟震荡电路、光电报警电路、按键电路。3.1数字温度计电源模块本设计的电源模块采用的是220V交流电转4.8V直流电的电路。 通过一个220-8的变压器减压，一个全桥整流电路，7805稳压之后在尾端形成约4.8V的直流电，最后外加一个发光二极管作为电源开断的信号标志。 图1电源电路图3.2数字温度计主控电路温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机STC80C51，温度传感器采用DS18B20，用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。主 控 制 器LED显 示温 度 传 感 器单片机电源时钟振荡报警点按键调整图2总体设计方框图 图3主控电路图1主控制器STC80C51单片机STC80C51具有低电压供电和体积小等特点，21602显示模块由于系统要求实现测量环境温度，过界报警、温度存储及回显等诸多功能，要显示的信息不仅仅是温度值，所以采用数码管显示几乎不太现实，所以最后选择1602液晶显示。 图41602显示电路图3DS18B20测温模块 图5DS18B20温度探测电路图DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司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：独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；无须外部器件；可通过数据线供电，电压范围为3.05.5；零待机功耗；温度以或位数字；用户可定义报警设置；报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；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采用脚PR35封装或脚SOIC封装，其内部结构框图如图2所示。C64 位ROM和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器高温触发器TH低温触发器TL配置寄存器8位CRC发生器Vdd I/O 图6 DS18B20内部结构64位ROM的结构开始位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器和，可通过软件写入户报警上下限。DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存和一个非易失性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM的结构为字节的存储器，结构如图3所示。头个字节包含测得的温度信息，第和第字节和的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图3所示。低位一直为，是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为，用户要去改动，R1和0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC）。主机ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。DS18B20的测温原理是这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器的脉冲输入。器件中还有一个计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将55所对应的一个基数分别置入减法计数器、温度寄存器中，计数器和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。减法计数器对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器的预置值减到时，温度寄存器的值将加，减法计数器的预置将重新被装入，减法计数器重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。4时钟震荡电路DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。图7 DS1302 时钟震荡电路4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等。4.1主程序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7所示。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8示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上图，图9所示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10所示。Y发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发读取温度命令读取操作，CRC校验9字节完？CRC校验正？确？移入温度暂存器结束NNY初始化调用显示子程序1S到？初次上电读出温度值温度计算处理显示数据刷新发温度转换开始命令NYNY图7 主程序流程图 图8读温度流程图发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发温度转换开始命令 结束图9 温度转换流程图 开始温度零下?温度值取补码置“”标志计算小数位温度BCD值 计算整数位温度BCD值 结束置“+”标志NY温度数据移入显示寄存器十位数0？百位数0？十位数显示符号百位数不显示百位数显示数据（不显示符号） 结束NNYY图10计算温度流程图 图11显示数据刷新流程图4.5 显示数据刷新子程序显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高显示位为0时将符号显示位移入下一位。程序流程图如图11。相应程序清单：1.主函数程序（包括传感器切换、时间温度保存、回显程序）/=主函数=void main()int temp0,temp1,tempH=60,tempL=1;/传感器1,2温度暂存区uchar i;/uchar in=0,un;/字地址位uchar displaytemp16,num,feature,sensor;/lcd显示位，键盘按键提取位，功能切换标记位,传感器切换标志位bit echo;/回显控制位speak=1;speak1=1;lcd_init();/初始化液晶delayms(20);/稳定延迟lcd_clear();/清屏init_timer0();/定时器0初始化uart_init();/串口初始化ds1302_init();/ds1302初始化lcd_user_char();/定义新字符ds1302_read_time();/首次读取时间if(time_0ds13022+time_0ds13027)=0)/若所有参数为零，写入一个数据ds1302_write_time();while(1)if(setflag)/若收到串口信息，则更新时钟for(i=0;i8;i+)time_0ds1302i=time_2ds13022*i*10+time_2ds13022*i+1;ds1302_write_time();setflag=0;/-键盘扫描-num=keyscan();/-判断功能切换-if(num=3)num=0;feature+;if(feature=4)/四种功能feature=0;switch(feature)/设置显示标志位case 0:lcd_write_char(10,0,H);break;/上温限case 1:lcd_write_char(10,0,L);break;/下温限case 2:lcd_write_char(10,0,h);break;/小时case 3:lcd_write_char(10,0,m);break;/分钟default:break;if(num=2)if(feature=0)/更改上温限switch(num)case 1:if(tempH-1)tempH-;break;default:break;if(feature=1)/更改下温限switch(num)case 1:if(tempL-1)tempL-;break;default:break;if(feature=2)/更改小时位switch(num)case 1:time_0ds13024+;if(time_0ds13024=24)time_0ds13024=0;ds1302_write_time();break;case 2:time_0ds13024-;if(time_0ds13024=255)time_0ds13024=23;ds1302_write_time();break;default:break;if(feature=3)/更改分钟位switch(num)case 1:time_0ds13025+;if(time_0ds13025=60)time_0ds13025=0;ds1302_write_time();break;case 2:time_0ds13025-;if(time_0ds13025=255)time_0ds13025=59;ds1302_write_time();break;default:break;/-lcd_write_char(12,0,D);lcd_write_char(7,1,0x00);lcd_write_char(8,1,C);sprintf(displaytemp,H%0dL%02d,tempH,tempL);lcd_write_string(10,1,displaytemp);if(readtempflag=1) ds1302_read_time();/读时间参数sprintf(displaytemp,%02d:%02d:%02d,(int)time_0ds13024,(int)time_0ds13025,(int)time_0ds13026);lcd_write_string(0,0,displaytemp);/-超温报警+延迟-temp0=readtemperature();temperature0=(float)temp0*0.0625;temp0=4;if(temp0tempH)delayms(10);temp0=readtemperature();temp0=4;if(temp0tempH)alarm_h(temp0,tempH);if(temp0=4;if(temp0=4;if(temp1tempH)delayms(10);temp1=readtemperature_a();temp1=4;if(temp1tempH)alarm_h1(temp1,tempH);if(temp1=4;if(temp1tempL)alarm_l1(temp1,tempL);/-传感器切换显示-if(num=4)num=0;sensor+;if(sensor=2)/两个传感器sensor=0;switch(sensor)case 0:if(readtempflag=1)/传感器一readtempflag=0;delayms(10);temp0=readtemperature();temperature0=(float)temp0*0.0625;sprintf(displaytemp,%7.3f,temperature0);lcd_write_string(0,1,displaytemp);lcd_write_char(13,0,0x41);break;case 1:if(readtempflag=1)/传感器二readtempflag=0;delayms(10);temp1=readtemperature_a();temperature1=(float)temp1*0.0625;sprintf(displaytemp,%7.3f,temperature1);lcd_write_string(0,1,displaytemp);lcd_write_char(13,0,0x42);break;/-保存温度和时间-if(cun=1)cun=0;sprintf(displaytemp, time %02d:%02d:%02d,(int)time_0ds13024,(int)time_0ds13025,(int)time_0ds13026);for(i=0;i16;i+)memorym.timei=displaytempi;sprintf(displaytemp,A%6.3f B%6.3f,temperature0,temperature1);for(i=0;i16;i+)memorym.tempi=displaytempi;m+;if(m=4)m=0;/-回显存储器里的温度和时间-if(num=5)num=0;m=0;lcd_clear();echo=1;while(echo=1)num=keyscan();for(i=0;i16;i+)displaytempi=memorym.tempi;lcd_write_string(0,1,displaytemp);for(i=0;i16;i+)displaytempi=memorym.timei;lcd_write_string(0,0,displaytemp);if(num0;i-)DQ=0;dat=1;DQ=1;if(DQ)dat|=0x80;delayus2x(25);return dat;/=写一个字节=void writeonechar(uchar dat)uchar i=0;for(i=8;i0;i-)DQ=0;DQ=dat&0x01;delayus2x(25);DQ=1;dat=1;delayus2x(25);/=读取温度=uint readtemperature()uchar a=0;uint b=0;uint t=0;init_ds18b20();writeonechar(0xcc);writeonechar(0x44);delayms(10);init_ds18b20();writeonechar(0xcc);writeonechar(0xbe);a=readonechar();b=readonechar();b=8;t=a+b;return t;3.1602功能函数/=判忙函数=bit lcd_check_busy()dataport=0xff;RS_CLR;RW_SET;EN_CLR;_nop_();EN_SET;return (bit)(dataport&0x80);/=写入命令=void lcd_write_com(uchar com)while(lcd_check_busy();RS_CLR;RW_CLR;EN_SET;dataport=com;_nop_();EN_CLR;/=写入数据=void lcd_write_data(uchar date)while(lcd_check_busy();RS_SET;RW_CLR;EN_SET;dataport=date;_nop_();EN_CLR;/=清屏=void lcd_clear()lcd_write_com(0x01);delayms(5);/=写入字符串函数=void lcd_write_string(uchar x,uchar y,uchar *s)if(y=0)lcd_write_com(0x80+x);elselcd_write_com(0xc0+x);while(*s)lcd_write_data(*s);s+;/=写入字符=void lcd_write_char(uchar x,uchar y,uchar date)if(y=0)lcd_write_com(0x80+x);elselcd_write_com(0xc0+x);lcd_write_data(date);/=初始化函数=void lcd_init()lcd_write_com(0x38);/显示模式设置delayms(5);lcd_write_com(0x08);/关闭显示lcd_write_com(0x01);/显示清屏lcd_write_com(0x06);/光标移动设置delayms(5);lcd_write_com(0x0c);/开显示及光标设置/=自定义字符=void lcd_user_char()lcd_write_com(0x40);lcd_write_data(0x03);lcd_write_com(0x41);lcd_write_data(0x03);lcd_write_com(0x42);lcd_write_data(0x00);lcd_write_com(0x43);lcd_write_data(0x00);lcd_write_com(0x44);lcd_write_data(0x00);lcd_write_com(0x45);lcd_write_data(0x00);lcd_write_com(0x46);lcd_write_data(0x00);lcd_write_com(0x47);lcd_write_data(0x00);4.DS1302功能函数/=向ds1302 写入一个数据=void ds1302_write_byte(uchar addr,uchar a)uchar i;RST_SET;addr=addr&0xfe;/目标最低位置0，写入for(i=0;i1;for(i=0;i1;RST_CLR;/=从ds1302读出一个数据=uchar ds1302_read_byte(uchar addr)uchar i,temp;RST_SET;addr=addr|0x01;for(i=0;i1;for(i=0;i1;if(IO_R)temp|=0x80;elsetemp&=0x7f;SCK_SET;SCK_CLR;RST_CLR;return temp;/=向ds1302写入时钟数据=void ds1302_write_time()uchar i,tmp;for(i=0;i8;i+)/BCD编码tmp=time_0ds1302i/10;time_1ds1302i=time_0ds1302i%10;time_1ds1302i=time_1ds1302i+tmp*16;ds1302_write_byte(ds1302_control_add,0x00);/关写保护ds1302_write_byte(ds1302_sec_add,0x80);/暂停/ds1302_write_byte(ds1302_tricklecharge_add,0xa90);/涓流充电ds1302_write_byte(ds1302_year_add,time_1ds13021);/年ds1302_write_byte(ds1302_month_add,time_1ds13022);/月ds1302_write_byte(ds1302_date_add,time_1ds13023);/日ds1302_write_b