室内采暖温度检测系统设计

编号春理工”学〃倘ChangchunUniversityofScienceandTechnology本科生毕业论文室内采暖温度检测系统设计Intheroomheatsthetemperatureexaminationsystemdesign学生姓名专业学号指导教师学院2008年月摘要为了让居民和供热方了解室内温度，设计了一款温度实时采集，并可存储数据、传输数据的采暖温度检测系统。系统以单片机Atmega8515为核心，使单片机分别与温度传感器、时钟芯片、大规模存储器、串行通讯接口、键盘接口、数码显示接口等进行硬件连接。并对系统进行软件设计。达到低功耗、高精度、可存储数据、传输数据等优点。系统通过单片机控制温度传感器DS18B20采集温度，使时钟芯片PCF8583记录实时时间，将数据存贮在大规模存储器X25325中。上位机进行软件编程将数据通过用行口传输到系统微机之中。通过数据分析系统，可进行温度与时间特性分析。关键词：温度检测单片机实时时钟数据传输ABSTRACTInordertolettheinhabitantandtheheatingsideunderstandingindoortemperature,hasdesignedasectiontemperaturereal-timegathering,andcansaveadataanddeliveradatatoadoptwarmtemperatureanexaminationsystemSystemwithsinglechipAtmega8515forcore,makethesinglechipwiththetemperaturesensoKclockchip、large-scalesavingmachineserialcommunicationconnection,keyboardconnectionanddigitaldemonstrationconnectioncarryonahardwareconjunction.Andcarriesonthesoftwaredesigntothesystem.Attainingthelowpowerloss,thehighaccuracy,thedatacansaveanddeliveranabilityanadvantage.ThesystembycontrollingthetemperaturesensorDS18B20acquisitiontemperature.ClockPCF8583recordreal-time.DatawillbestoredinLarge-scalesavingmachineX25325.Carriesonthesoftwareprogrammingtotransmitthedatathroughtheserialportinthesystemmicrocomputer.Throughthedataanalysissystemmaycarryonthetemperatureandthetimeresponseanalysis.Keywords：TemperatureexaminationSingleChipReal-timeclockDatatransmission长春理工大学毕业设计长春理工大学毕业设计II目录TOC\o"1-5"\h\z目录I\o"CurrentDocument"第一章绪论1\o"CurrentDocument"弓I言1\o"CurrentDocument"国内外温度检测技术概述2\o"CurrentDocument"第二章系统总体设计方案7\o"CurrentDocument"系统设计要求7\o"CurrentDocument"系统总体方案7\o"CurrentDocument"第三章系统硬件电路设计8\o"CurrentDocument"ATMEGA8515单片机最小系统8\o"CurrentDocument"显示电路1.1.\o"CurrentDocument"键盘接口电路12\o"CurrentDocument"温度传感器及接口电路13\o"CurrentDocument"实时时钟接口电路14\o"CurrentDocument"串行E2PROMX25325接口电路16\o"CurrentDocument"串口通信接口电路17\o"CurrentDocument"第四章系统软件设计19\o"CurrentDocument"显示程序设计19\o"CurrentDocument"键盘程序设计20\o"CurrentDocument"PCF8583驱动程序设计21\o"CurrentDocument"X25325驱动程序设计23\o"CurrentDocument"申行口波特率发生器设置24\o"CurrentDocument"DS18B20驱动程序设计27\o"CurrentDocument"系统下位机总体程序设计28\o"CurrentDocument"系统上位机软件设计29\o"CurrentDocument"结论33\o"CurrentDocument"参考文献34\o"CurrentDocument"致谢35长春理工大学毕业设计长春理工大学毕业设计第一章绪论引言热量是一种特殊的商品，而冬季供暖关系到北方千家万户的利益，供暖不好或无法检测供暖是否达到国家标准，就可能因为冬季室内温度低而引发受热方和供热方双方纠纷。如果供热方不能找到进行室内温度检测的机构或合适的检测设备，即使是由公证部门进行了公证，受热方以公证机构不具备检测室内温度的资格或检测设备不合理也可能将供热方告上法庭。因此，研制一种能够实时检测室内空气温度并把所得数据存储起来，同时通过专用的软件可以重现室内空气温度状况的仪器就显得十分重要。2003年起正式实施《室内空气质量标准》以后，室内温度已经成为室内空气质量的一个重要组成部分。标准中明确规定夏季空调房间室内温度的标准值为22c〜28C,冬季采暖时室内温度的标准值为16c〜24c。达到这个标准的室内温度就是舒适的室内温度。对于室内温度的检测和检测机构的选择，可以找国家质检总局和认监委认证认可的有资质的室内环境检测单位进行检测，出具盖有“CMA章的检测报告。过去人们习惯于通过行政管理部门来管理和控制室内环境温度，国家《室内空气质量标准》发布以后，消费者可以用国家标准来维护自己的室内温度权，目前我国北方有的地区已经把冬季室内温度作为保护消费者权益的内容。室内温度影响人们生产、生活质量。冬季室内温度也不宜过高。冬季室外严寒，人们都希望家里暖和些以抵御寒冷的空气。然而，取暖并非温度越高越好,国家标准规定为16〜24C。一般室内温度保持在20至24c之间为宜，最好不超过28Co本文主要研究的是通过Atmega8515单片机控制温度传感器DS18B20对温度数据进行采集，并记录时钟芯片PCF8583实时时间，同时将温度和时间数据存储到大规模存储器X25325之中，上位机通过控制命令可以将温度和时间数据通过用行口传输到系统微机之中，并可以通过专用的软件再现实时温度数据，并通过曲线表示出温度与时间的关系，在曲线上画出温度特征点。国内外温度检测技术概述温度检测技术简介一、随着国内外工业的日益发展，温度检测技术也有了不断的进步，目前的温度检测使用的方法种类繁多，应用范围也较广泛，大致包括以下几种方法同：1.利用物体热胀冷缩原理制成的温度计利用此原理制成的温度计大致分成三大类。(1)玻璃温度计，它是利用玻璃感温包内的测温物质(水银、酒精、甲苯、煤油等)受热膨胀、遇冷收缩的原理进行温度测量的；(2)双金属温度计，它是采用膨胀系数不同的两种金属牢固粘合在上一起制成的双金属片作为感温元件，当温度变化时，一端固定的双金属片，由于两种金属膨胀系数不同而产生弯曲，自由端的位移通过传动机构带动指针指示出相应温度；(3)压力式温度计，它是由感温物质(氮气、水银、二甲苯、甲苯、甘油和低沸点液体如氯甲烷、氯乙烷等)随温度变化，压力发生相应变化，用弹簧管压力表测出它的压力值，经换算得出被测物质的温度值。.利用热电效应技术制成的温度检测元件利用此技术制成的温度检测元件主要是热电偶。热电偶发展较早，比较成熟,至今仍为应用最广泛的检测元件。热电偶具有结构简单、制作方便、测量范围宽、精度高、热惯性小等特点。常用的热电偶有以下几种。(1)锲铭-锲硅，型号为WRN,分度号为K,测温范围0-900C,短期可测1200c(2)锲铭-康铜，型号为WRK,分度号为F,测温范围0-600C,短期可测800c(3)柏铭-柏，型号为WRP,分度号为S,在1300c以下的温度可长期使用，短期可测1600Co(4)伯铭3。一铝铐6,型号为WRR,分度号为B,测温范围300-1600C,短期可测1800C。.利用热阻效应技术制成的温度计用此技术制成的温度计大致可分成以下几种。(1)电阻测温元件，它是利用感温元件(导体)的电阻随温度变化的性质，将电阻的变化值用显示仪表反映出来，从而达到测温的目的。目前常用的有铝热电阻(分度号为Pt100、Pt10两种)和铜热电阻(分度号有Cu50、Cu100两种)。(2)导体测温元件，它与热电阻的温阻特性刚好相反，即有很大负温度系数，也就是说温度升高时，其阻值降低。(3)陶瓷热敏元件，它的实质是利用半导体电阻的正温特性，用半导体陶瓷材料制作而成的热敏元件，常称为PCT或NCT热敏元件。PCT热敏元件分为突变型及缓变型二类。突变型PCT元件的温阻特性是当温度达到顶点时，它的阻值突然变大，有限流功能，多数用于保护电器。缓变型PCT元件的温阻特性基本上随温度升高阻值慢慢增大，起温度补偿作用。NCT元件特性与PCT元件的突变特性刚好相反，即随温度升高，它的阻值减小。.利用热辐射原理制成的高温计热辐射高温计通常分为两种。一种是单色辐射高温计，一般称光学高温计；另一种是全辐射高温计，它的原理是物体受热辐射后，视物体本身的性质，能将其吸收、透过或反射。而受热物体放出的辐射能的多少，与它的温度有一定的关系。热辐射式高温计就是根据这种热辐射原理制成的。.利用声学原理进行温度测量声学发温度检测技术是近年来发展起来的一项新技术，利用该技术，可以对炉内的烟气温度测量值和火焰分布在线检测，判断炉的燃烧状况，进行实时调节和控制声学，温度检测技术的基本原理是通过测量声波传感器间的声波传播时间以最小二乘原理重建温度的测量方法。.利用红外测温技术红外测温技术是通过检测物体表面能量来检测物体温度的。二、近年来，在温度检测技术领域，多种新的检测原理与技术的开发应用，已经取得了重大进展。新一代温度检测元件正在不断出现和完善化。.晶体管温度检测元件半导体温度检测元件是具有代表性的温度检测元件。半导体的电阻温度系数比金属大1~2个数量级，二级管和三极管的PN结电压、电容对温度灵敏度很高。基于上述测温原理已研制了各种温度检测元件。.集成电路温度检测元件利用硅晶体管基极一发射极间电压与温度关系(即半导体PN结的温度特性)进行温度检测，并把测温、激励、信号处理电路和放大电路集成一体，封装于小型管壳内，即构成了集成电路温度检测元件。.核磁共振温度检测器所谓核磁共振现象是指具有核自旋的物质置于静磁场中时，当与静磁场垂直方向加以电磁波，会发生对某频率电磁的吸收现象。利用共振吸收频率随温度上升而减少的原理研制成的温度检测器，称为核磁共振温度检测器。这种检测器精度极高，可以测量出千分之一开尔文，而且输出的频率信号适于数字化运算处理，故是一种性能十分良好的温度检测器。在常温下，可作理想的标准温度计之用。.热噪声温度检测器它的原理是利用热电阻元件产生的噪声电压与温度的相关性。其特点是：（1）输出噪声电压大小与温度是比例关系；（2）不受压力影响；（3）感温元件的阻值几乎不影响测量精确度；所以它是可以直接读出绝对温度值而不受材料和环境条件限制的温度检测器。.石英晶体温度检测器它采用LC或Y型切割的石英晶片的共振频率随温度变化的特性来制作的。它利用'uP技术，自动补偿石英晶片的非线性，测量精度较高，一般可检测到0.001C,所以可作标准检测之用。.光纤温度检测器光纤温度检测器是目前光纤传感器中发展较快的一种，已开发了开关式温度检测器、辐射式温度检测器等多种实用型的品种。它是利用双折射光纤的传输光信号滞后量随温度变化的原理制成的双折射光纤温度检测器，检测精度在土1C以内，测温范围可以从绝对0c到2000C0.激光温度检测器激光测温特别适于远程测量和特殊环境下的温度测量，用氮式激光源的激光作反射计可测得很高的温度，精度达1%;用激光干涉和散射原理制作的温度检测器可测量更高的温度，上限可达3000C,专门用于核聚变研究，但在工业上应用还需进一步开发和实验。.微波温度检测器采用微波测温可以达到快速测量高温的目的。它是利用在不同温度下，温度与控制电压成线性关系的原理制成的。这种检测器的灵敏度为250kHZ/C，精度为1%左右，检测范围为20~1400C。.纯贵金属热电偶的研究由两种纯金属组成的热电偶，因其材料均匀性远优于合金材料，因而稳定性很好。在伯铭合金热电偶（S、R型）的不确定度已很难提高之后，人们开始寻找由纯贵金属组成的热电偶，以代替S和R型热电偶，作为传递的标准。.信息技术时代自动化系统中的温度检测仪表现代的工业过程自动化系统是现场总线控制系统，它是信息技术进入工业自动化后出现的新一代的自动控制系统。现场总线是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、用行、多点通信的数据总线。所有的现场仪表（温度检测仪表是其中一种）均接到现场总线上。在这样的系统中，通常不应使用各种不同输出的温度计，必须将输出转变成统一的电信号，这样“温度计”就变成了“温度变送器”。在现场总线控制系统中的温度变送器主要是热电偶变送器和热电阻变送器，也有辐射温度变送器。1.2.2温度检测技术的发展生产管理一体化、网络化是当今工业自动化控制领域的大趋势，要实现这些功能，必须借助于工业计算机、现场网络及开放的工业数据库。利用先进技术手段监测各种复杂生产环境的被控参数（如温度、流量及压力等），使生产和管理一体化，可以有效地提高生产和管理的自动化水平。温度追踪测量（也可以称作是温度分布测定技术）是一种利用微机来实现数据采集、数据通讯传输和数据分析处理的一门新技术，是在生产过程中记录和说明热加工产品与空气温度关系的技术，追踪测量得到的数据被显示为图表或数字。这个过程最简单的形式就是它可以告诉生产者所生产的产品的温度、保持这个温度有多长时间以及在什么时间达到了什么温度。通过分析数据，生产人员可以保证产品达到最好的质量、解决产品存在问题、优化生产工艺路线及节约能耗。无论是在电子产品的生产、食品加工、其它工业生产，还是在医疗器械生产方面，只要在生产过程中温度是重要的控制指标，温度检测（也称追踪）技术就具有非常广阔的应用前景。（1）国内外温度检测技术动向.扩展检测范围现在工业上通用的温度检测范围为-200~3000C,而今后要求能测量超高温与超低温。尤其是液化气体的极低温度检测更为迫切，如10K以下的温度检测是当前重点研究课题。.扩大测温对象温度检测技术将会由点测温发展到线、面，甚至立体的测量。应用范围己经从工业领域延伸到环境保护、家用电器、汽车工业及航天工业领域。.发展新型产品利用以前的检测技术生产出适应于不同场合、不同工况要求的新型产品，以满足用户需要。同时利用新的检测技术制造出新的产品。.适应特殊环境下的测温对许多场合中的温度检测器有特殊要求，如防硫、防爆、耐磨等性能要求；又如移动物体和高速旋转物体的测温、钢水的连续测温、火焰温度检测等。.显示数字化温度仪表向数字化方向发展。其最大优点是直观、无读数误差、分辨率高、测量误差小，因而有广阔的销售市场。.标定自动化应用计算机技术，快速、准确、自动地标定温度检测器。（2）国内外温度检测发展趋势根据上述要求，国内外温度仪表制造商将向以下几方面发展：.继续生产量大面广的传统的温度检测元件，如：热电偶、热电阻、热敏电阻等。.加强新原理、新材料、新加工工艺的开发。如近来已经开发的炭化硅薄膜热敏电阻温度检测器，厚膜、薄膜铝电阻温度检测器，硅单晶热敏电阻温度检测器等。.向智能化、集成化、适用化方向发展。新产品不仅要具有检测功能，又要具有判断和指令等多功能，采用微机向智能化方向发展，向机电一体化方向发展。第二章系统总体设计方案系统设计要求采用温度传感器对温度进行采集，实时记录温度值并记录当时采集温度的实时时间，将温度和时间数据存储到大规模存储器之中，通过用行口可以将温度和时间数据传输到系统微机之中，并可以通过专用的软件再现实时温度数据,并通过曲线表示出温度与时间的关系，在曲线上画出温度特征点。要完成以上的功能，需完成以下功能电路：1、用于检测温度的DS18B20与Atmega8515的接口电路；2、用于定时的实时时钟PCF8583与Atmega8515的接口电路；3、用于存储的X25325与Atmega8515的接口电路；4、用于控制的键盘接口电路；5、用语显示温度的数码显示接口电路；6、用于数据传输的MAX232与Atmega8515的接口电路；7、通过键盘可以设定PCF8583的初始时间；8、运用VB编制上位机数据处理及显示程序，上位机通过命令可以控制下位机将X25325内部的数据传输到上位机之中。系统总体方案本方案是以Atmega8515单片机为核心，通过DS18B20对温度信号进行采集，并存储到X25325之中，同时在采集温度数据的同时存储实时时间，通过上位机命令控制下位机将X25325之中的数据通过MAX232将数据传输到系统微机之中，系统微机之中通过专用的软件对数据进行处理并显示出来，系统的总体设计框图如图2.1所示：图2.1系统总体框图第三章系统硬件电路设计Atmega8515单片机最小系统Atmega8515简介在二十世纪九十年代初，ATMEL公司推出全新的精简指令集单片机，简称AVR其具有高性能、低功耗、非易失性存储器、数字集成电路、E2PROM电可擦除技术、闪速存储技术等优秀品质。与其相比，采用复杂指令集的单片机在效率、速率在指令格式上都比较简洁，更适和在嵌入式系统中使用。近几年来，随着AVR单片机不断改进并持续推出新的品种现以形成系列产品。其性价比更高在国内外都有广阔的前景。Atmega8515具有以下特点：⑴8K字节FLASH,256/512字节E2PROM,256/512字节SRAM;⑵32个通用I/O口，32个通用工作寄存器；⑶具有比较模式的灵活的定时器/计数器；⑷内外中断源可编程的UART;⑸可编程的看门狗定时器；⑹SPI口以及两种可通过软件选择的省电模式工作于空闲模式。工作于省电模式时，CPU将停止运行，而寄存器、定时器/计数器、看门狗和中断系统继续工作，掉电模式时振荡器停止工作，所有功能都被禁止，而寄存器内容得到保留，只有外部中断或硬件复位才可以退出此状态[4]。Atmega851腿以ATMEL的高密度非易失性内存技术生产的，片内FLASH可以通过ISP接口或通用编程器多次编程。通过将增强的RISC8位CPU与FLASH集成在一个芯片内，该器件为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的方案，具有一整套的编程和系统开发工具宏汇编调试/仿真器在线仿真。在AVR单片机中，用32个通用寄存器代替累加器，从而避免了传统的累加器和存储器之间的数据传送造成的瓶颈现象。在AVR单片机中，在前一条指令执行的时候就取出现行的指令，然后以一个周期执行指令。在其它的CISC以及类似的RISC结构中，外部振荡器的时钟被分频降低到传统的内部执行周期，这种分频最大达12倍。AVR单片机使用一个时钟周期执行一条指令，在8位单片机中它是第一种真正的RISC单片机。AVR单片机具有良好的性能价格比。由于AVR单片机是采用Harvard结构的，故它们的地址总线和数据总线是分开的。AVR单片机引脚说明Atmega8515弓唧与MCS-51系列单片机8X51/8X52的引脚兼容，仅复位电平不同，AVR低电平复位，MCS-51高电平复位，这给用AVR单片机替代MCS-51单片机硬件电路带来了方便[4],其引脚图如图3.1所示。7(OC^'TO)PBO匚140□vcc(T1)PBlr23g□PAO(ADOj(AlNo)PB2匚338□PA1(AD1j(AIN1)PB3C437□PA2(AD2j（SS）的匚536□PA3(AD3)rMOSDPB&r635□PM(AD4)iMISO)PB5C734□PA5(AD5)(SCK)PB7C633□PA6(AD6)RESETE932□PA7(AD7i(RXD)POOL1031□PE0(ICP/ll\rT2)(TDX)PDIF1130□PE1(ALE)(IMTO)PD2C1229□PE2(OC1B)(INTDPD3L1328□PC7(A15)(XCK)PLM匚1427□PC6(A14)(OC1A)PD5L152G□PC5(A13)(WR)PD5IE162E□PG4(A12)TO)PD7C1724□PG3依11)XTAL2IL23JPC21A1Q)XTALIL1622□PC1(M)GNDL2021JPCOiAS^图3.1Atmega8515引脚图⑴VCC:为供电引脚，连接到正电源。⑵GND:为接地引脚，连接到电源地。⑶A口（PA7~PA0）:A口为一个8位双向I/O口，每一引脚内部都有上拉电阻。A输出口的缓冲器可以吸收20mA的电流，因而能直接驱动LED显示器。当A口被用于输入且内部上拉被触发时，如果外部被拉低，则会输出电流。⑷B口（PB7~PB0）:B口为一个8位双向I/O口，每一个引脚内都有上拉电阻。B口的输出缓冲器可以吸收20mA的电流。当B口被用于输入且内部上拉被触发时，如果外部被拉低，则会输出电流。B口也提供后面列出的AT90系列单片机许多特殊功能。⑸C口（PC7~PC0）:C口为一个8位双向I/O口，每一个引脚内都有上拉电阻。C口的输出缓冲器可以吸收20mA的电流。当C口被用于输入且内部上拉被触发时，如果外部被拉低。⑹D口（PD7~PD0）:D口为带有内部拉高的8位I/O口。D口的输出缓冲器可以吸收20Ma的电流。当D口被用于输入且内部上拉被触发时，如果外部被拉低，则会输出电流。D口也提供后面列出的AT90系列单片机许多特殊功能。⑺RESET:RESET为复位输入。当晶振运行时，引脚上一个周期的低电平

可对器件进行复位。⑻XTAL1:XTAL1为晶振反向放大器的输入端和内部时钟操作电路的输入端。⑼XTAL2:XTAL2为晶振反向放大器的输出端。⑩ICP:ICP是定时器/计数器1的输入捕获功能的输入引脚。(1DOCIB:OCIB是定时器/计数器1的输出比较功能B的输出引脚。(12)ALE:ALE是使用外部存储器时的地址锁存触发端。ALE选通门被用于在第一个访问周期中将低位地址锁存到地址锁存器中，而PD0~PD7在第二个访问周期中被用作数据。Atmeg8515最小系统Atmeg8515最小系统如图3.2所示，其中K1、K2和K3为上拉电阻，ST为8MHz的晶振。在本系统设计中，Atmeg8515微控制器的引脚功能分配如下：⑴PA0~PA7为数码管的段码驱动端；⑵PC0~PC5为数码管的位码驱动端；⑶RXD、TXD为串行数据接收端和发送端；⑷PD2~PD7为键盘输入端；⑸PB0、PB1为PCF8583控制端；⑹PB2为DS18B20控制端；⑺PB4~PB7为X25325控制端。K1VCCVCCK2543R14.7Kg37C1K49S7K1VCCVCCK2543R14.7Kg37C1K49S765432PD27TTPD4PD5PD6PD717L1C3=f=4.7同PM1的？FB2「3PB34PB45PB5齿PB6丁PET7WRST9RXD10VCCTXD11PD22PD3门PD414PD515PD右回X218XI1920VCC"PB0/T0VCCPB1/TIPAO/ADOPB2/AIN0PA1/AD1PB3/AIN1PA2/AD2PB4/SSPA3/AD3PB5/MOSIPA4/AD4PBd/MOSOPA5/AD5PB8/SCKPA6/AD6RESETPA7/AD7PDO/RXD[CPPD1/TXDALEPD2/INT0OCIBPD3/INT1PC7/A15PD4PQVA14PD5X)C1APC5/A13PD6/WRPC4/A12PD7/RTPC3值11XTAL2PC2/A10XTAL1PCI/A9GNDPC0/A8UIATMEG8515112TTJ为PAO_党FA1非药至行PMni5如即0C1B:当丁’7_27PC6万P节乃“424PC322PCI21PCO-345678图3.2Atmega8515最小系统ddp图3.3八段发光二极管外型hgfedcba图3.4ddp图3.3八段发光二极管外型hgfedcba图3.4共阴极数码管hgfedcba显示电路常用的显示器有LCD和LED显示器，系统中选用LED显示器。LED器件是一种发光二极管显示器，其特点如下：LED显示器具备稳定、高速、简单的系统；LED显示结构简单、性能稳定；LED显示应用在成熟的生产技术上。发光二极管组成的显示器是单片机应用产品中最常用的廉价输出设备，八段发光二极管结构如图3.3所示。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器。1位显示器有8个发光二极管组成，其中7个发光二极管a~g控制7个笔段的亮或暗，另一个控制一个小数点的亮和暗，这种笔画式的八段显示器能显示的字符少。字符的形象有些失真，但控制方便，使用简单。abgvcc图3.5共阳极数码管

显示器的显示方法有静态和动态两种方法。显示器位数较少时，采用静态显示的方法是合适的。当位数较多时，用静态显示所需的I/O太多，一般采用动态显示方法，所以在系统中我们采用动态显示。此类数码管的工作特点是：⑴数码管片选端为低电平时，对应位的数码管才有可能亮；⑵每次只能有一个片选端为低电平，即只能动态移位显示相应的数据；⑶单片机控制数码管显示相应数字要用查表子程序来实现。显示器接口电路如图3.6所示，其中PA0~PA7、PC0~PC5为单片机^7?7T

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Ir-lludcdKB图3.6显示器接口电路的I/O口，数码管从左到右依次为LED0~LED5。键盘接口电路常用的键盘连接方式有独立式键盘和矩阵式键盘，本系统选用独立式键盘。系统中独立式键盘直接与Atmega8515的PD2〜PD7口相连接，接口电路如图3.7所示。S0用于改变键盘功能，当S0按下奇数次时，S1~S4修改的是时、

分、秒缓存器，当S0按下偶数次时，S1~S3修改的是年、月、日缓存器，S1~S3用于修改时间缓存器，S4用于将修改后的时间重新对PCF8583进行初始化，S5用于将启动温度数据采集并存储到X25325之中。K5为上拉电阻排。PD2PD3PD4PD5PD6PD7SD图3.7键盘接口电路VCCK5温度传感器及接口电路SD图3.7键盘接口电路VCCK5DS18B20概述DS18B20是美国DALLAS公司继DS1820之后推出的增强型单总线数字温度传感器。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。.DS18B20的内部特性(1)电压范围3.0〜5.5V;(2)测温范围：-55〜+125C,在-10〜+85C时精度为X.5C；(3)可编程的分辨率为9〜12位，对应的可分辨温度分别为0.5C、0.25C、0.125C和0.0625C;(4)负压特性：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的外部引脚及内部结构DS18B20的管脚排列如图3.8所示：

(GND)地(DQ)单线运用的数据输入胸出引脚(VDD)可选的电源引脚图3.8DS18B20管脚图DS18B20主要由四部分组成：64位光刻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，内部结构如图3.9所示。X乙图3.9DS18B20内部结构图存储器和控制其温度灵瞰元件8位CRC生成器低温触发IL高温触发IH配置寄存器X乙图3.9DS18B20内部结构图存储器和控制其温度灵瞰元件8位CRC生成器低温触发IL高温触发IH配置寄存器电源检测高速缓存存储器3.4.2DS18B20与Atmega8515的接口电路高速缓存存储器DS18B20与Atmega8515的接口电路如图3.10所示，Atmega8515通过PB2管脚与DS18B20相接口，通过PB2模拟单线时序对DS18B20进行读写。VCCTR447KVCCTR447Kl|JTvcc图3.10DS18B20与Atmega8515的接口3.5实时时钟接口电路3.5.1PCF8583概述PCF8583是一种带有I2C总线接口，内带有256M位静态RAM的日历时

钟芯片，用CMOS工艺制作，功耗很低。允许备用电池长时间供电，故可构成不停电的实时时钟，同时可作为片内RAM的数据保护电源，可以当成非易失性RAM使用，也可用作6位BCD码数表示的时间计数器。其I2C总线接口与单片机的连接非常简单，芯片8脚封装，体积小，功耗低，在实时日历时钟集成电路选型时，PCF8583是一只性能价格比较好的优选芯片。1.引脚配置和引脚说明引脚配置如图4.5所示，引脚功能说明如表3.1所示。ISDA1SCLISDA1SCLOSC2]INTI————II——图3.11PCF8583的引脚图表3.1PCF8583引脚功能引脚名称引脚功能1OSCI振荡器输入，50Hz或脉冲输入端2OSCO振荡器输出3A0引脚地址输入端4Vss电源地5SDAI2C总线数据线6SCLI2C总线时钟线7INT中断输出端，漏极开路，低电平有效8VCC电源2.器件的工作原理PCF8583有三个主要功能，即日历时钟可使用32.768kHz或50Hz时基，可自动计时、编程设定、编程起闹；事件计数器可进行时间事件计数编程起闹；256MSRAM,地址自动增量，其工作原理与一般带I2C接口的RAM相同。PCF8583的日历时钟、事件计数器的全部工作状态设置、控制、时钟/事件计数、时钟/事件编程起闹、中断管理等，占用了00H〜0FH空间作为工作寄存器、计数器、定时器使用。由于日历时钟与事件计数器占用的RAM空间重叠，而且片外电路也不相同，故PCF8583作日历时钟就不再作事件计数器使用，反之亦然。

3.5.2PCF8583与Atmega8515的接口电路AT89C51单片机与PCF8583的接口电路如图3.12示。在系统设计中，我们采用Atmega8515单片机的两个I/O口PD2和PD3与PCF8583的SDA和SCL相连接，通过软件模拟I2C总线，在本系统中运用PCF8583的日历/时钟功能为系统提供永久的持续时间。ST为32.768KHz的晶振。04U2PCF8583 10KOSC1VCCOSC2INTAOSCLGNDSDAR2804U2PCF8583 10KOSC1VCCOSC2INTAOSCLGNDSDAR28PB0VCCR310K图3.12Atmega8515单片机与PCF8583的接口电路3.6串行E2PROMX25325接口电路X25325有三种常用的功能，看门狗定时器、电压监视和E2PROM。看门狗定时器对微控制器提供了独立的保护系统，当系统出现故障时，在可选的超时周期之后，X25325将以RESET信号作出反应。利用X25325的低电压检测电路，可以保护系统免受低电压状况的影响。X25325的存储部分是CMOS的4KX8bit的串行E2PROM,X25325的特点是具有允许简单的三线总线工作的用行外设计口和软件协议。其特点如下：⑴可编程的看门狗定时器；⑵低电压检测；⑶2MHZ时钟速率；⑷低功耗CMOS;⑸块锁定，保护0、四分之一、二分之一或整个E2PROM阵列；⑹片内偶然性的写保护：上电、掉电保护电路和写锁存、写保护引脚；⑺高可靠性：可擦写次数10万次，数据保存期100年；⑻8脚小型DIP、SOIC、14弓I脚TSSOP封装；⑼温度范围：民用、工业、军品级。1.引脚配置和引脚说明

X25325的弓I脚配置如图3.13所示，引脚功能说明如表3.2所示图3.13X25325的引脚图表3.2X25325引脚功能引脚名称引脚功能1CS片选端2SO串行输出3WP写保护输入4Vss电源地5SI串行输入6SCK串行时钟7RESET复位输出8Vcc电源2.器件的工作原理X25325的工作时序与SPI总线的标准时序完全一致，可以通过软件模拟SPI时序或与具有SPI总线的单片机直接接口。3.实现电路Atmega8515单片机与X25325接口电路如图3.14所示。在系统设计中，我们采用单片机的SPI总线与X25325相连接，通过ATMEGA8515的SPI片内协议直接对X25325读写。图3.14Atmega8515单片机与X25325的接口电路3.7串口通信接口电路Atmega8515具有一个全双工的8位片内异步用行口，可以完成主CPU与

Atmega8515之间或两个Atmega8515器件之间的出行数据通信，该出行口的一帧发送/接收数据由10或11位组成，其中最低位为起始位，中间8位有效，后随1或2个停止位，发送或接收数据都采用双缓冲方式。本系统采用MAX232作为通信中的电平转换电路，其特性如下：MAX232的工作温度范围为0c至70C。(2)单5V电源供电。(3)LinBiCMOS工艺技术。(4)两个驱动器及两个接收器。30V输入电平。(6)低电源电流：典型值是8mA。(7)符合甚至优于AMSI标准E1A/T1A-232-E及1TU推荐标准V.28。(8)可与Maxim公司的MAX232互换。(9)保护大于MIL-STD-883(方法3015)标准的2000V。MAX232的引脚如图3.15所示：8此Ci.NI'TIOUIR1IN町山]TIIN8此Ci.NI'TIOUIR1IN町山]TIINT2INRJ^IjrII'9图3.15MAX232引脚图MAX232与Atmega8515的接口电路如图3.16所示，其中TXD、RXD分别与Atmega8515的PD0和PD1引脚相接，TX和RX与PC机相连接。luFluFTXD43

TTQ]2RXD，9CI+ChC2+C2-TUNT21NVCC

VDDT10UTT2oirrluFluFTXD43

TTQ]2RXD，9CI+ChC2+C2-TUNT21NVCC

VDDT10UTT2oirr二二:N1 gRIOUTRUNR2OUTR21NGNDVEE6C7J1VCC1£T2 J图3.16MAX232和Atmega8515的接口电路图第四章系统软件设计显示程序设计点亮显示器有静态和动态两种方法。显示器位数较少时，采用静态显示的方法是合适的。当位数较多时，用静态显示所需的I/O太多，一般采用动态显示方法。本系统采用动态显示，显示流程图如图4.1所示。图4.1显示程序流程图显示子程序如下:/*延时子程序*/voiddelay(intxc){inti;for(i=0;i<xc;i++)；}/*LED显示*/voidled(void){intj,k;for(j=0;j<6;j++){k=buffer[j];PORTA=table0[k];PORTC=table1[j];delay(150);}键盘程序设计键盘程序设计流程图如图4.2所示，键盘扫描程序如下://键盘扫描intscan(void){intscancode;scancode=PIND;scancode=~scancode;if(scancode!=0)return1;elsereturn0;}

PCF8583驱动程序设计系统首先通过专用的接口对PCF8583进行初始化，然后在不断开电源的条件下将电池与PCF8583相连接，这样PCF8583就以初始化的时间为起始时间持续记录实时时间。PCF8583初始化顺序为秒、分、时、年/日、星期/月，控制字为01H、58H、92H、01H、41H,共5组。PCF8583初始化和PCF8583读出程序框图如图4.3、4.4所示。图4.3PCF8583初始化程序框图PCF8583的起始信号、停止信号、N图4.4PCF8583数据读出程序框图应答信号和非应答信号程序如下://起始信号voidsta(void){sbi(PORTB,SDA);sbi(PORTB,SCL);cbi(PORTB,SDA);delay(2);}//停止信号voidstop(void){cbi(PORTB,SDA);sbi(PORTB,SCL);sbi(PORTB,SDA);delay(1);}//应答信号voidack(void){delay(2);cbi(PORTB,SCL);sbi(PORTB,SDA);sbi(PORTB,SCL);cbi(PORTB,SCL);}//非应答信号voidnoack(void){sbi(PORTB,SDA);sbi(PORTB,SCL);cbi(PORTB,SCL);delay(2);}X25325驱动程序设计X25325的写使能子程序、写入数据、读出数据程序如下://写使能子程序voidwren_dog(void)-{cbi(PORTB,SCK);//SCK=0;cbi(PORTB,CS);//CS=0;in_byte(0x06);cbi(PORTB,SCK);//SCK=0;sbi(PORTB,CS);//CS=1;}//单字节指令或数据写入X256045//在SI线上输入白数据在SCK的上升沿被锁存。voidin_byte(unsignedcharbyt){unsignedchari;cbi(PORTB,SCK);//SCK=0;for(i=8;i>=1;i--){cbi(PORTB,SCK);//SCK=0;if(byt&0x80)〃SI=byt&0x80;sbi(PORTB,SI);elsecbi(PORTB,SI);sbi(PORTB,SCK);//SCK=1;byt=byt<<1;}cbi(PORTB,SI);//SI=0;}//单字节数据从X25325读到单片机//数据由SCK的下降沿输出到SO线上。unsignedcharout_byte(void){unsignedchari;unsignedcharbyt;for(i=8;i>=1;i--){sbi(PORTB,SCK);//SCK=1;cbi(PORTB,SCK);//SCK=0;byt=byt<<1;if(PINB&0X40)byt|=0x01;//byt|=SO;}return(byt);}串行口波特率发生器设置通用同步和异步串行接收器和转发器(USART)是一个高度灵活的串行通讯设备。主要特点为:

⑴全双工操作（独立的串行接收和发送寄存器）；⑵异步或同步操作；⑶高精度的波特率发生器；⑷支持5,6,7,8，或9个数据位和1个或2个停止位；⑸硬件支持的奇偶校验操作；⑹数据过速检测；⑺帧错误检测；⑻三个独立的中断：发送结束中断，发送数据寄存器空中断，以及接收结束中断；⑼多处理器通讯模式；⑩倍速异步通讯模式。时钟产生逻辑为发送器和接收器产生基本时钟。USART支持4种模式的时钟：正常的异步模式，倍速的异步模式，主机同步模式，以及从机同步模式。USART控制位UMSEL和状态寄存器C（UCSRC）用于选择异步模式和同步模式。倍速用K式（只适用于异步模式）受控于UCSRA寄存器的U2X。使用同步模式（UMSEL=1）时，XCK的数据方向寄存器（DDR_XCK）决定时钟源是由内部产生（主机模式）还是由外部生产（从机模式）。仅在同步模式下XCK有效。⑴倍速工作模式（U2X）:通过设定UCSRA寄存器的U2X可以使传输速率加倍。该位只对异步工作模式有效。当工作在同步模式时，设置该位为“0"。设置该位把波特率分频器的分频值从16降到8,使异步通信的传输速率加倍。此时接收器只使用一半的采样数对数据进行采样及时钟恢复，因此在该模式下需要更精确的系统时钟与更精确的波特率设置。发送器则没有这个要求。⑵外部时钟：同步从机操作模式由外部时钟驱动出通过一个边沿检测器，然后应用于发送器与接收器。这一过程引入了两个CPU时钟周期的延时，因此外部XCK的最大时钟频率由以下公式限制：fxckfxckfosc⑶同步时钟操作：使用同步模式时（UMSEL=1）XCK引脚被用于时钟输入（从机模式）或时钟输出（主机模式）。时钟的边沿、数据的采样与数据的变化之间的关系的基本规律是：在改变数据输出端TxD的XCK时钟的相反边沿对数据输入端RxD进行采样。波特率发生器：内部时钟用于异步模式与同步主机模式USART的波特率寄存器UBRR和降序计数器相连接，一起构成可编程的预分频器或波特率发生器。降序计数器对系统时钟计数，当其计数到零或UBRRL寄存器被写时，会自动装入UBRR寄存器的值。当计数到零时产生一个时钟，该时钟作为波特率

发生器的输出时钟，输出时钟的频率为fsoc/(UBRR+1)。发生器对波特率发生器的输出时钟进行2、8或16的分频，具体情况取决于工作模式。波特率发生器的输出被直接用于接收器与数据恢复单元。数据恢复单元使用了一个有2、8或16个状态的状态机，具体状态数由UMSEL、U2X与DDR_XCK位设定的工作模式决定。系统选用异步正常模式(U2X=0),波特率为9600bps,1位起始位，1位停止位，8位数据位，无奇偶校验位，接收完数据产生中断，发送完数据产生中断，波特率计算公式如下：BAUDfBAUDfosc16(UBRR1)即：sfUD-1UBRR=4MHzUBRR=4MHz169600-1U25串口初始化程序如下:voiduart_init(void){//{{WIZARD_MAP(UART)//InterialRCclock:4MHZ//BaudRate:9600//CharacterSize:8-bit//Mode:Asynchronous//Parity:Disabled//StopBit:1-bitUBRRL=0x19;UBRRH=0x00;UCSRA=0x00;UCSRC=0x86;UCSRB=0xd8;//}}WIZARD_MAP(UART))4.6DS18B20驱动程序设计DS18B20的初始化程序、写字节程序、读字节程序以及读温度程序如下://初始化函数voidInit_DS18B20(void){//unsignedcharx=0;sbi(PORTB,DQ);delay(8);cbi(PORTB,DQ);delay(200);sbi(PORTB,DQ);delay(40);//x=DQ;化失败//DQ复位//稍做延时//单片机将DQ拉低//精确延时大于480us//拉高总线//稍做延时后如果x=0则初始化成功x=1则初始//delay(20);}//读一个字节intReadOneChar(void){unsignedchari=0;unsignedchardat=0;for(i=8;i>0;i--){DDRB=0xff;cbi(PORTB,DQ);dat>>=1;sbi(PORTB,DQ);DDRB=0xfb;if(READDS18B20)dat|=0x80;delay(4);}DDRB=0xff;return(dat);//给脉冲信号//给脉冲信号}//写一个字节voidWriteOneChar(unsignedchardat){unsignedchari=0;for(i=8;i>0;i--){cbi(PORTB,DQ);//DQ=0;if(dat&0x01)sbi(PORTB,DQ);elsecbi(PORTB,DQ);delay(10);sbi(PORTB,DQ);//DQ=1;dat>>=1;}}系统下位机总体程序设计系统初始化之后，在主程序之中，反复的调用键盘显示程序，根据按键的不同执行相应得功能，同时检测是否有串口接收中断产生，如果有串口接收中断产生，下位机停止温度数据采集，同时将X25325之中的数据通过串口将数据传输给上位机，系统总程序流程图如图4.5所示。

［开始〕初始化程盘功能设置 ［开始〕初始化程盘功能设置 修改日期时间 初始化PCFB的3 启动数据采集图4.5主程序流程图系统上位机软件设计VB全称VisualBasic,是微软公司推出的基于Basic语言的可视化编程环境,以其简单易学功能强大而倍受广大电脑爱好者的青睐。随着Windows在国内的普及，特别是Windows95的推出，越来越多的微机用户转向了Windows操作系统。要开发一个功能强、界面美观的应用软件，其编程和调试的工作量是非常大的，许多并非搞软件出身的工程技术人员对Windows编程望而生畏。然而使用微软的VisualBasic来开发这些方面的Windows应用软件就十分方便，一般工程技术人员易于掌握，设计软件界面非常方便。编程工作量相对较小，只需进行主要应用功能的编程和少量界面控制的编程。VisualBasic更加PC机采用VB编程设计界面简化了WindowsPC机采用VB编程设计界面申口初始化上位机用口初始化程序如下：.InputLen=10'设置Input一次从接收缓冲读取字节数为10MScomml.InputMode=1'设置接收数据的类型是二进制类型数据MScomm1..InputLen=8'一次性从接收缓冲区中读取所有数据(8个字节为一组)MScomml.InBufferCount=0'清空接收缓冲区MScomml.OutBufferCount=0'清空发