多功能数字温度计闹钟杜邓.docx
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多功能数字温度计闹钟杜邓
四川师范大学成都学院
单片机课程设计
作品：
基于单片机的多功能数字温度计、闹钟
院（系）：
四川师范大学成都学院
专业：
__电子信息工程
班级：
08电信工民2班
姓名：
杜美森、邓力文
学号：
20081040972008104094_
指导教师：
刘强
完成日期：
2010年5月15日
1设计要求
■温度测量范围0℃-85℃
■精度误差小于0.5℃
■LED数码直读显示
■可自由设定温度报警上限值
2扩展功能
■可调数字时钟
■具有定时闹钟功能
多功能数字温度计
摘要：
随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上限报警温度，当温度高于设定温度时，可以报警。
关键词：
单片机，数字控制，温度计，DS18B20，AT89S51
1引言
随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。
本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机AT89S51，测温传感器使用DS18B20，用3位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示,能准确达到以上要求。
2总体设计方案
在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，这是非常容易想到的，所以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。
2.1方案的总体设计框图
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AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用5位LED数码管以扫描方式实现温度显示。
图1 总体设计方框图
2.1.1主控制器
单片机AT89S51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。
2.1.2显示电路
显示电路采用5位共阳LED数码管，从P0并行输出段码。
21.3温度传感器
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新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９～１２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3.0~5.5Ｖ；
●零待机功耗；
●温度以９或１２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３脚PR－35封装或８脚SOIC封装，其内部结构框图如图2所示。
图2DS18B20内部结构
64位ROM的结构开始８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８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ＴＨ和ＴＬ，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ＲＡＭ和一个非易失性的可电擦除的EERAM。
高速暂存RAM的结构为８字节的存储器，结构如图3所示。
头２个字节包含测得的温度信息，第３和第４字节ＴＨ和ＴＬ的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。
第５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５位一直为１，ＴＭ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０，用户要去改动，R1和Ｒ0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。
温度LSB
温度MSB
TH用户字节1
TL用户字节2
配置寄存器
保留
保留
保留
CRC
图3 DS18B20字节定义
由表1可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。
因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。
高速暂存ＲＡＭ的第６、７、８字节保留未用，表现为全逻辑１。
第９字节读出前面所有８字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。
当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。
转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第１、２字节。
单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃／LSB形式表示。
当符号位Ｓ＝０时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位Ｓ＝１时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。
表2是一部分温度值对应的二进制温度数据。
表1DS18B20温度转换时间表
DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TＬ字节内容作比较。
若Ｔ＞TH或T＜TL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。
因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。
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１；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２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１、温度寄存器中，计数器１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１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１的预置值减到０时，温度寄存器的值将加１，减法计数器１的预置将重新被装入，减法计数器１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０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。
表2 一部分温度对应值表
温度/℃
二进制表示
十六进制表示
+125
0000011111010000
07D0H
+85
0000010101010000
0550H
+25.0625
0000000110010000
0191H
+10.125
0000000010100001
00A2H
+0.5
0000000000000010
0008H
0
0000000000001000
0000H
-0.5
1111111111110000
FFF8H
-10.125
1111111101011110
FF5EH
-25.0625
1111111001101111
FE6FH
-55
1111110010010000
FC90H
另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。
系统对DS18B20的各种操作按协议进行。
操作协议为：
初使化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。
图4DS18B20与单片机的接口电路
2.2DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。
另一种是寄生电源供电方式，如图4所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。
当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。
采用寄生电源供电方式时VDD端接地。
由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。
2.3系统整体硬件电路
主板电路图
系统整体硬件电路包括，DS18B20传感器数据采集电路，LED显示电路，按键调整电路，单片机控制主板电路、电源电路等，如图5（A）所示
图5（A）
图5（B）
3按键功能及使用说明
本设计初始化时显示时间为12-00-00，以下是按键功能说明。
如图5（B）所示PCB3D模拟图其中有4个个独立式按键SW1、SW2、SW3、SW4其功能如下（仅相对于在初始化模式下的功能）：
SW1：
按一下，切换到温度显示模式，按两下，进入调时模式的秒调整，按三下，进入调时模式的分调整，按四下，进入调时模式的时调整，按五下，调时完成回到初始化界面显示时间。
以后按键功能依次循环。
SW2：
在调时或定时、定温模式中加一功能。
SW3：
在调时或定时、定温模式中减一功能。
SW4：
按一下，切换到闹钟定时模式的定秒功能（默认为00）。
按两下，切换到闹钟定时模式的定分功能（默认为00）。
按三下，切换到闹钟定时模式的定小时功能（默认为00）。
按四下，闹钟定时完成，显示所定的具体时间。
按五下切换到定温报警模式，并跳转到设定报警温度的小数部分（默认为00）。
按六下，跳转到设定报警温度的整数部分（初始化时默认为85），按七下，定温完成显示所定温度。
按八下，回到初始化界面，显示时间。
以后按键功能依次循环。
4程序设计框图
开始
键盘扫描
有键按下
判断键功能
时间显示
定时、定温模式
温度显示模示式
调时显模式
显示温度
显示调时
显示定时
判断是否到时
或超温
N
Y
报警
DS18B20子程序流程图
5完整源程序
/*****************************************/
/*基于单片机的多功能数字闹钟、温度计报警计*/
/*作者：
邓超、文轶*/
/*****************************************/
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharflag=0;
uchartem=0;
sbitsuf=P3^1;
charh=12,m=0,s=0;
charch=0,cm=0,cs=0;
charx1=0,x2=8;//用于显示控制
uchartt=0;
uintbtemp=85;//防止开机乱叫
uintbtemp1=0;
sbitk1=P1^0;//模式选择（调秒、调分、调小时）
sbitk2=P1^1;//加一
sbitk3=P1^2;//减一
sbitk4=P1^3;//显示切换（温度、时间）
intmod=0;//初始化模式
intcmod=0;
uchart1[6]={0x00};
uchardatatime[8]={0};
ucharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xbf};//笔画码,共阳极.
ucharcodeta[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//点亮的数码管11111011//delay1ms
voiddisplay（）//显示函数
{
ucharx;//显示控制变量
time[0]=s%10;//秒个位
time[1]=s/10;//秒十位
time[2]=10;//显示“-”
time[3]=（m%10）;//01111111
time[4]=m/10;
time[5]=10;
time[6]=（h%10）;
time[7]=h/10;
for（x=x1;x{
P0=table[time[x]];
P2=ta[x];
delay
（1）;
P0=0xff;
}
}
voiddisplay1（）//定时显示函数
{
uchary;//显示控制变量
time[0]=cs%10;//秒个位
time[1]=cs/10;//秒十位
time[2]=10;//显示“-”
time[3]=（cm%10）;//01111111
time[4]=cm/10;
time[5]=10;
time[6]=（ch%10）;
time[7]=ch/10;
for（y=x1;y{
P0=table[time[y]];
P2=ta[y];
delay
（1）;
P0=0xff;
}
}
voiddisplay2（）
{ucharj;
t1[0]=10;
t1[1]=（btemp1%10）;
t1[2]=（btemp1/10）;
t1[3]=（btemp%10）;
t1[4]=（btemp/10）;
for（j=x1;j{
if（j==3）
P0=tab[t1[j]]&0x7f;
else
P0=tab[t1[j]];
P2=we[j];
lay（70）;
P2=0xff;
}
}
voidkey（）//按键函数
{
P1=0xff;//初始化
if（P1!
=0xff）;//检测是否有按键按下
{
delay（5）;//去抖动
if（P1!
=0xff）
{
if（k1==0）//确实有按键按下
{mod++;//模式改变，调时模式，计数器0停止工作
tem++;
}
switch（mod）
{case1:
x1=0;x2=5;if（k4==0）{x1=0;x2=8;cmod=0;tem=0;mod=0;TR0=1;}break;
case2:
TR0=0;x1=0;x2=2;if（k2==0）{s++;if（s==60）s=0;}if（k3==0）{s--;if（s==-1）s=59;}if（k4==0）{x1=0;x2=8;cmod=0;tem=0;mod=0;TR0=1;}break;//x1,x2控制显示，按键2，3实现调时,分别调秒分。
case3:
TR0=0;x1=3;x2=5;if（k2==0）{m++;if（m==60）m=0;}if（k3==0）{m--;if（m==-1）m=59;}if（k4==0）{x1=0;x2=8;cmod=0;tem=0;mod=0;TR0=1;}break;
case4:
TR0=0;x1=6;x2=8;if（k2==0）{h++;if（h==24）h=0;}if（k3==0）{h--;if（h==-1）h=23;}if（k4==0）{x1=0;x2=8;cmod=0;tem=0;mod=0;TR0=1;}break;
case5:
TR0=0;x1=0;x2=8;tem=0;mod=0;TR0=1;break;//调时完成，显示正常，计数器0开始工作
}
if（k4==0）
cmod++;
switch（cmod）//定时模式
{
case1:
x1=0;x2=2;if（k2==0）{cs++;if（cs==60）cs=0;}if（k3==0）{cs--;if（cs==-1）cs=59;}if（k1==0）{x1=0;x2=8;cmod=0;tem=0;mod=0;TR0=1;}break;//定时调节，调秒
case2:
x1=3;x2=5;if（k2==0）{cm++;if（cm==60）cm=0;}if（k3==0）{cm--;if（cm==-1）cm=59;}if（k1==0）{x1=0;x2=8;cmod=0;tem=0;mod=0;TR0=1;}break;
case3:
x1=6;x2=8;if（k2==0）{ch++;if（ch==24）ch=0;}if（k3==0）{ch--;if（ch==-1）ch=23;}if（k1==0）{x1=0;x2=8;cmod=0;tem=0;mod=0;TR0=1;}break;
case4:
x1=0;x2=8;if（k1==0）{x1=0;x2=8;cmod=0;tem=0;TR0=1;}break;//定时完成，显示所定闹铃时间
case5:
x1=0;x2=3;if（k2==0）{btemp1++;if（btemp1==100）btemp1=0;}if（k3==0）{btemp1--;if（btemp1==-1）btemp1=99;}if（k1==0）{x1=0;x2=8;cmod=0;tem=0;mod=0;TR0=1;}break;
case6:
x1=3;x2=5;if（k2==0）{btemp++;if（btemp==85）btemp=0;}if（k3==0）{btemp--;if（btemp==-1）btemp=85;}if（k1==0）{x1=0;x2=8;cmod=0;tem=0;mod=0;TR0=1;}break;
case7:
x1=0;x2=5;if（k1==0）{x1=0;x2=8;cmod=0;tem=0;mod=0;TR0=1;}break;//退出定时模式
case8:
x1=0;x2=8;tem=0;mod=0;cmod=0;break;
}
}
}
while（P1!
=0xff）;//循环扫描
}
voidmain（）
{
EA=1;//系统接受中断
ET0=1;//计数器0具有高优先级中断
TMOD=0x01;
TH0=65536-50000/256;//计数器0的高位，赋值
TL0=65536-50000%256;//低位赋值
TR0=1;//开启计数器0
config（）;
while
（1）
{
key（）;
if（mod==0&&（5-cmod）>0&&cmod!
=0）
display1（）;
if（mod==0&&cmod>4）
display2（）;
if（tem==1&&mod==1）
b20（）;
if（cmod==0&&tem!
=1）
display（）;
suf=1;//关闭闹铃
if（ch==h&&cm==m||（btemp{suf=0;//开蜂鸣器
delay（80）;//响一阵
suf=1;//关蜂鸣器
delay（60）;//停一阵
}
}
}
voidtimer0（）interrupt1
{
TH0=65536-50000/256;
TL0=65536-50000%256;
tt++;
if（tt==20）
{tt=0;s++;}
if（s==60）
{s=0;m++;}
if（m==60）
{m=0;h++;}
if（h==24）
h=0;
}
DS18B20子程序头文件
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitwendu=P3^2;//初始化温度传感器端口
bitf;
uinttemp=0;
uinttemp1=0;
uchartemp_buff[9];
uchar*p;
uchart[6]={0x00};
ucharcodetab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xc6};//笔画码,didianliang.01000110
ucharcodewe[]={0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//点亮的数码管
voidlay（uintx）//延时程序
{
while（x--）;
}
voiddelay（uintx）//延时x*1ms
{
inta,b;
for（a=0;a<=x;a++）
for（b=0;b<=110;b++）;
}
voiddis（）//温度显示函数
{
uinti;
for（i=0;i<5;i++）
{
if（i==3）
P0=tab[t[i]]&0x7f;
else
P0=tab[t[i]];
P2=we[i];
lay（70）;
P2=0xff;
}
}
voidinit（）//总线的初始化
{
wendu=0;//送低电平
lay（100）;//延时
wendu=1;//送高电平
lay（14）;//等待温度传感器响应
if（wendu==0）
f=1;
else
f=0;
lay（20）;
wendu=1;
}
ucharread（void）//从总线上读取一个字节
{
uchari;
ucharvalue=0;
for（i=8;i>0;i--）
{
wendu=0;
value>>=1;
wendu=1;
if（wendu）
value|=0x80;
lay（14）;
}
return（value）;
}
voi
升级会员 