数字温度表设计.doc

数字温度表的解剖 1011电子信息工程 黄健 2010111165摘要：在日常生活及生产中，经常要对温度的进行测量和控制，传统的测温原件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，在转换成对应的温度。其缺点是：硬件电路复杂、软件调试复杂、制作成本高。 本文介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有数字显示读数方便、测温准确、成本低、易使用等优点。如今，温度检测系统被广泛在工业、环境检测、家庭等多方面都有应用。同时单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛。本产品介绍基于AT89C52单片机作为控制器，使用DS18B20传感器作为温度采集器的数字温度计。4位共阳极LED数码管以串口显示数据，实现温度显示。1.1 设备整机结构及硬件电路框图 该温度计硬件电路由以下6部分组成，即电源电路，单片机最小系统，时钟电路，复位电路，LED显示电路，报警电路和温度检测电路。系统中AT89S52完成对DS18B20初始化、温度采集、温度转换、温度送显、超温报警及数码显示。本装置详细组成部分如下：（1）主控模块：AT89S52单片机；（2）传感器电路：DS18B20温度传感器；（3）供电系统：7805稳压电路；（4）报警电路：蜂鸣器电路；主控模块显示电路传感器电路复位电路供电系统报警电路（5）显示电路：LED数码管显示。 图1.1 产品方框图1.2 主控电路中单片机的类型 本产品采用AT89S52单片机。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。本产品主要用到P0口、P1口和P2口，所以把相关端口及其连接电路做一下说明： P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。在本产品中用P0口连接上拉电阻和限流电阻后，再连接到LED显示电路的各个段的接口，即用做温度数据的输出口。 P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O口，P1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。在本产品中用P1口连接有电流放大驱动作用的三极管，然后再连接到LED显示电路的各个位的接口，用来作位选的输出口。 P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。 在本产品中用到P2口的两个端口，一个用来接温度传感器DS18B20,另一个用来接蜂鸣器。 P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。本单片机系统采用的复位电路的原理是：当通电瞬间，稳压电源给电容充电，此时，在电容和电阻之间将有一个高电平也就是给单片机一个高电平使其复位。随着电容充电结束，将使电容与电阻之间将呈现低电平， 单片机复位结束。 EA/VPP外部访问允许，EA端必须保持低电平（接地）。 本产品选用单片机AT89S52，如图1.2，其引脚接线方案如下：(1)温度检测器件采用数字式温度传感器DS18B20；(2)声音报警蜂鸣器通过P2.4引脚接入；(3)P0口、P1口用来接LED显示电路。图1.2 AT89S52引脚图1.3温度传感器与单片机的连接(如图1.3)图1.3传感器与单片机的连接1.4温度显示电路（如图1.4） 显示电路采用共阳LED数码管，从P0口输出段码，列扫描用P1.2P1.5口来实现如图图1.4温度显示电路该电路的工作原理是：当P0口输出段码信号的BCD码后，由于4-LED的段译码输入引脚是并联在一起的，所以每一位的LED的段译码输入引脚都能获得这个段码信号。若要控制在每一时刻只要一位LED被电亮，必须靠位码信号控制。P1口的低四位输出位码信号，经三极管放大后接到LED的位码控制端。因此P1口的位码信号在每一时刻只有一位是“0”，其它位全为“1”，然后按时间顺序改变输出“0”的位置，控制在每一时刻只有一位LED被点亮，达到动态显示的目的。1.5报警电路（如图1.5） 图1.5报警电路蜂鸣器电路与单片机的接口：Q1的基极接到单片机的P2口的P2.4引脚作为输出口使用。当P2.4=0时，Q1导通时，使蜂鸣器的两个引脚间获得将近5V的直流电压，蜂鸣器中有电流通过，而蜂鸣音。当P2.4=1时，Q1截止，蜂鸣器的两引脚间的直流电压接近与0V，蜂鸣器不发声。1.6 电源电路稳压电源在电子制作中应用十分广泛，本产品采用的7805稳压电源，线路简单，价格低廉、性能稳、使用方便。 图1.6 稳压电路7805是三端稳压器件，顾名思义05就是输出电压为5v，还可以微调，7805输出波纹很小。它的样子象是普通的三极管，7805三端固定集成稳压器有三个端子：输入端UI、输出U0和公共端COM。输入端接整流滤波电路，输出端接负载；公共端接输入、输出的公共连接点。其内部由采样、基准、放大、调整和保护等电路组成。保护电路具有过流、过热及短路保护功能。1.7复位电路单片机复位电路如图4.2所示。该复位电路采用手动复位与上电复位相结合的方式。当按下按键时，VCC通过R2电阻给复位输入端口一个高电平，实现复位功能，即手动复位。上电复位就是VCC通过电阻R2和电容C构成回路，该回路是一个对电容C充电和放电的电路，所以复位端口得到一个周期性变化的电压值，并且有一定时间的电压值高于CPU复位电压，实现上电复位功能。图1.7 复位电路图2系统程序系统程序主要包括主程序、读出温度子程序、温度转换命令程序、计算温度子程序、显示数据刷新子程序等等。主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量温度值，温度测量每1s进行一次。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。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，在本程序中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。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。 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。开始DS18B20的初始化启动温度转换读取温度寄存器跳过读序列号的操作跳过读序列号的操作DS18B20的初始化RETLOW-低八位 HIGH-高八位 图21主程序框图 读出温度数据后，LOW的高四位和HIGH的低四位为温度的整数部分，HIGH的高四位全部为1表示负数，全为0表示正数。所以先将数据提取出来，分为三个部分：小数部分、整数部分和符号部分。小数部分进行四舍五入处理：大于0.5的话，向个位进1；小于0.5的时候，舍去不要。当数据是个负数的时候，显示之前要进行数据转换，将其整数部分取反加一。还因为DS18B20最低温度只能为-55，所以可以将整数部分的最高位换成一个“-”，表示为负数。图2.1为温度数据处理程序的流程图。开始提取整数部分存入HT提取小数部分存入LTLT右移三位,将精度降低到0.5摄氏度HT+将小数部分整数化提取符号部分存入signLT是否大于5Sign=?0XF0RET负数表示flag=1 HT=HT+1YNNY 图2.2温度数据处理流程图3. 总结：在这次的解剖中，我真正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单片机更是如此，程序只有在经常写与读的过程中才能提高，这就是这次解剖的最大收获。不足：本温度计用于日常生活，其温度测试范围在零下30到80度之间，其精度为0.1度，可以满足日常的需要，但其测量的是其所处环境周围的温度，不能大范围的测量平均温度。以得到比较准确的环境温度。改进：增加温度传感器的个数，放在不同的位置，测量几个地方的温度，计算得到平均温度。可将此装置用于仓库的温度测量。附录：电路图仿真程序清单DATA_BUSBITP3.3FLAGBIT00H;标志位TEMP_LEQU 30H;温度值低字节TEMP_HEQU31H;温度值高字节TEMP_DPEQU32H;温度小数TEMP_INTEQU33H;温度值整数TEMP_BAIEQU34H;温度百位数TEMP_SHIEQU35H;温度十位数TEMP_GEEQU36H;温度个位数DIS_BAIEQU37H;显示百位数DIS_SHIEQU38H;显示十位数DIS_GEEQU39H;显示个位数DIS_DPEQU3AH;显示小数位DIS_ADDEQU3BH;显示地址ORG 0000H AJMPSTARTORG 0050H;初始化START:MOVSP,#40HMAIN:LCALLREAD_TEMP;调读温度程序LCALLPROCESS;调数据处理程序AJMPMAIN;读温度程序READ_TEMP: LCALLRESET_PULSE ;调用复位脉冲程序MOV A,#0CCH;跳过ROM命令LCALL WRITEMOVA,#44H;读温度LCALL WRITELCALLDISPLAY LCALLRESET_PULSEMOVA,#0CCHLCALLWRITEMOVA,#0BEHLCALL WRITELCALLREADRETRESET_PULSE:RESET:SETBDATA_BUSNOPNOPCLRDATA_BUSMOVR7,#255DJNZR7,$SETB DATA_BUSMOVR7,#30DJNZR7,$JNB DATA_BUS,SETB_FLAGCLRFLAGAJMPNEXTSETB_FLAG:SETB FLAGNEXT:MOV R7,#120DJNZR7,$SETB DATA_BUSJNBFLAG,RESET RET;写命令WRITE:SETBDATA_BUSMOVR6,#8CLRCWRITING:CLRDATA_BUSMOVR7,#5DJNZR7,$RRCAMOVDATA_BUS, CMOVR7,#30HDJNZR7,$SETBDATA_BUSNOPDJNZR6,WRITINGRETDISPLAY:MOV R4,#200DIS_LOOP:MOVA,DIS_DPMOVP2,#0FFHMOVP0,A CLRP2.7LCALLDELAY2MSMOVA,DIS_GEMOVP2,#0FFHMOVP0,ASETBP0.7 CLRP2.6LCALLDELAY2MSMOVA,DIS_SHIMOVP2,#0FFHMOVP0,ACLRP2.5 LCALLDELAY2MSMOVA,DIS_BAIMOVP2,#0FFHMOVP0,AMOVA,TEMP_BAICJNEA,#0,SKIPAJMPNEXTTSKIP:CLRP2.4LCALLDELAY2MSNEXTT:NOPDJNZR4,DIS_LOOPRETREAD:SETBDATA_BUSMOVR0,#TEMP_LMOV R6,#8MOVR5,#2CLRCREADING:CLRDATA_BUSNOPNOPSETBDATA_BUSNOPNOPNOPNOPMOVC,DATA_BUSRRCAMOVR7,#30HDJNZR7,$SETBDATA_BUSDJNZR6,READINGMOVR0,AINC R0MOVR6,#8SETBDATA_BUSDJNZR5,READINGRETPROCESS:MOV R7,TEMP_LMOVA,#0FHANLA,R7MOVTEMP_DP,AMOV R7,TEMP_LMOVA,#0F0HANLA,R7SWAPAMOVTEMP_L,AMOVR7,TEMP_HMOVA,#0FHANLA,R7SWAPAORLA,TEMP_LMOV B,#64HDIVABMOVTEMP_BAI,AMOVA,#0AHXCHA,BDIVABMOVTEMP_SHI,AMOVTEMP_GE,BMOVA,TEMP_DPMOV DPTR,#TABLE_DPMOVCA,A+DPTRMOVDPTR,#TABLE_INTERMOVC A,A+DPTRMOVDIS_DP,AMOVA,TEMP_GEMOV DPTR,#TABLE_INTERMOVCA,A+DPTRMOV DIS_GE,AMOVA,TEMP_SHIMOV DPTR,#TABLE_INTERMOVCA,A+DPT