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