电信------基于数码管显示的温度检测仪

1、摘 要 随着当今世界经济的快速开展和信息化时代的来临，各种各样的小型智能家电陆续出现我们的日常生活当中。温度计是人们生活中不可或缺的日常用品，但一般的温度计都为玻璃制品，使用不便。数字温度计采用智能电子控制和显示技术，改善了玻璃温度计的缺陷。本设计以AT89C52单片机为核心，构成单片机控制电路实时测量当前温度。AT89C52是一种带4KB字节可编程Flash存储器。该器件采用ATMEL非易失存储器制造技术制造，与工业标准的80C51指令集和输出管脚兼容。单片机技术已经成为一种比拟成熟的技术，本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，它能自动测量当前温度，是一个很好的家用智能产品。关键词：单片

2、机、数字、温度计、DS18B20、AT89C52目 录第1章 绪论1 概述1222第2章 系统组成及工作原理22.1 AT89C52控制模块2 2.2 DS18B20温度传感器 2 2.3 LED数码管电路及工作原理22.4 系统整体硬件电路2第3章 系统程序设计33.1 程序设计流程图 33.2 源程序第4章 系统调试与仿真4 4.1 软件介绍4 4.2 KeilC软件介绍45结论6致谢8参考文献7设计要求完成硬件电路设计完成电路程序设计根本范围-50110LED数码管显示测得温度完成设计电路的仿真测试方案一：由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，再将随被测温度变化

3、的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以利用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比拟麻烦。方案二：在单片机电路设计中，经常使用传感器，温度传感器的种类众多，在应用与高精度，高可靠性的场合上DALLAS达拉斯公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。超小的体积，超低的硬件开销，抗干扰能看力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20更受欢送。对于我们普通的电子爱好者来说，DS18B20的优势更是我们学习单片机技术和开发温度相关的小产品的不二选择。温度传感器DS18B20具有独特的单线接口，仅需要一个端口引脚进行通信，电压范围

4、仅为3.05.5V，而且有读数方便，测温范围广，测量值自动转换，测温准确的特点。温度传感器DS18B20就满足本设计要求。 通过以上两个方案的比拟，我们采用了方案二，程序和电路设计简单。1.4 总体设计框图温度计电路设计总体设计方框图如图1.1所示，控制器采用AT89C52，温度传感器采用DS18B20，用4位LED数码管显示数据实现温度显示。主 控 制 器单片机复位LED显 示温 度 传 感 器时钟振荡图1.1总体设计方框图DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改良型智能温度传感器，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

5、编程实现位的数字值读数方式。 TO92封装的DS18B20的引脚排列见下列图，其引脚功能描述见表1。底视图 DS18B20表1DS18B20详细引脚功能描述序号名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。3VDD可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。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

6、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配置存放器8位CRC发生器Vdd I/O 图2 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

7、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，为配置存放器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时存放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。温度 LSB温度 MSBTH用户字节1TL用户字节2配置存放器保存保存保存CRC 图3 DS18B

8、20字节定义由表1可见，DS18B20温度转换的时间比拟长，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。高速暂存的第、字节保存未用，表现为全逻辑。第字节读出前面所有字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。LSB形式表示。当符号位时，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是一局部温度值对应的二进制温度数据。表1 DS18B20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、T字节内容作比拟。假设TH或T

9、TL，那么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值作比拟，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；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，当计数门翻开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计

10、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、温度存放器中，计数器和温度存放器被预置在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，温度存放器的值将加，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，停止温度存放器的累加，此时温度存放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，直到温度存放器值大致被测温度值。表2一局部温度对应值表温度/二进

11、制表示十六进制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H0000 0001 1001 00000191H0000 0000 1010 000100A2H0000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H1111 1111 1111 0000FFF8H-1111 1111 0101 1110FF5EH1111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H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

12、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4 DS18B20与单片机的接口电路2.2.2 DS18B20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

13、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。由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。DS18B20的复位时序 DS18B20的读时序对于DS18B20的读时序分为读0时序和

14、读1时序两个过程。对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。DS18B20的写时序对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。4.3 LED数码管显示接口在单片机应用系统中，如果需要显示的内容只有数码和某

15、些字母，使用LED数码管是一种较好的选择。LED数码管显示清晰、本钱低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行。 LED数码管LED数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件。图4-3a为0.5inLED数码管的外形和引脚图，其中七只发光二极管分别对应ag笔段构成“字形另一只发光二极管Dp作为小数点。因此这种LED显示器称为七段数码管或八段数码管。图4-3 LED数码管LED数码管按电路中的连接方式可以分为共阴型和共阳型两大类，如图4-3示b、c所示。共阳型是将各段发光二极管的正极连在一起，作为公共端COM，公共端COM接高电平，ag、Dp各笔段通过限流电阻接控制端。某笔段控制端低电平时，该笔

16、段发光，高电平时不发光。控制这几段笔段发光，就能显示出某个数码或字符。共阴型是将各数码发光二极管的负极连在一起，作为公共端COM接地，某笔段通过限流电阻接高电平时发光。LED数码管按其外形尺寸有多种形式，使用较多的是和；按显示颜色也有多种形式，主要有红色和绿色；按亮度强弱可分为高亮和普亮，指通过同样的电流显示亮度不一样，这是因发光二极管的材料不一样而引起的。LED数码管的使用与发光二极管相同，根据其材料不同正向压降一般为1.52V额定电流为10mA，最大电流为40mA。静态显示时取10mA为宜，动态扫描显示可加大，加大脉冲电流，但一般不超过40mA。 LED数码管编码方式当LED数码管与单片机

17、相连时，一般将LED数码管的各笔段引脚a、b、g、Dp按某一顺序接到MCS51型单片机某一个并行I/O口D0、D1、D7，当该I/O口输出某一特定数据时，就能使LED数码管显示出某个字符。例如要使共阳极LED数码管显示“0，那么a、b、c、d、e、f各笔段引脚为低电平，g和Dp为高电平，如表4-1所示。表4-1 共阳极LED数码管显示数字“0时各管段编码D7D6D5D4D3D2D1D0字段码显示数Dpgfedcba11000000C0H0C0H称为共阳极LED数码管显示“0的字段码，不计小数点的字段码称为七段码，包括小数点的字段称为八段码。LED数码管编码方式有多种，按小数点计否可分为七段码和

18、八段码；按共阴共阳可分为共阴字段码和共阳字段码，不计小数点的共阴字段码与共阳字段码互为反码；按a、b、g、Dp编码顺序是高位在前，还是低位在前，又可分为顺序字段码和逆序字段码。甚至在某些特殊情况下将a、b、g、Dp顺序打乱编码。表4-2为共阴和共阳LED数码管几种八段编码表。表4-2 共阴和共阳LED数码管几种八段编码共阴顺序小数点暗共阴逆序小数点暗共阳顺序小数点亮共阳顺序小数点暗Dp g f e d c b a16进制a b c d e f g dp16进制00 0 1 1 1 1 1 13FH1 1 1 1 1 1 0 0FCH40HC0 H10 0 0 0 0 1 1 006H0 1 1

19、 0 0 0 0 0 60H79HF9 H20 1 0 1 1 0 1 15BH1 1 0 1 1 0 1 0DAH24HA4 H30 1 0 0 1 1 1 14FH1 1 1 1 0 0 1 0F2H30HB0 H40 1 1 0 0 1 1 066H0 1 1 0 0 1 1 066H19 H99 H50 1 1 0 1 1 0 16DH1 0 1 1 0 1 1 0B6H12 H92 H60 1 1 1 1 1 0 17DH1 0 1 1 1 1 1 0BEH02 H82 H70 0 0 0 0 1 1 107H1 1 1 0 0 0 0 0E0H78 HF8 H80 1 1 1 1

20、1 1 17FH1 1 1 1 1 1 1 0FEH00 H80 H90 1 1 0 1 1 1 16FH1 1 1 1 0 1 1 0F6H10 H90 H LED数码管显示方式和典型应用电路LED数码管显示电路在单片机应用系统中可分为静态显示方式和动态显示方式。 第四章 系统调试与仿真4.1 Proteus软件介绍 随着科技的开展，“计算机仿真技术已成为许多设计部门重要的前期设计手段。 Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具；可以仿真

21、51系列、AVR、PIC等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。 在PROTUES绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者那么是实物演示实验难以到达的效果。 它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机

22、实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。4.2 Keilc软件介绍 Keil C51 Vision2集成开发环境是Keil Software，Inc/Keil Elektronik GmbH开发的基于80C51内核的微处理器软件开发平台，内嵌多种符合当前工业标准的开发工具，可以完成从工程建立到管理、编译、链接、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程尤其是C编译工具在产生代码的准确性和效率方面到达了较高的水平，而且可以附加灵活的控制选项，在开发大型工程时非常理想。Keil C51集成开发环境的主要功能有以下几点： Vision2 for W

23、indows：是一个集成开发环境，它将工程管理、源代码编辑和程序调试等组合在一个功能强大的环境中；C51国际际准化C交叉编译器：从C源代码产生可重定位的目标模块；A51宏汇编器：从80C51汇编源代码产生可重定位的目标模块；BL51链接器/定位器：组合由C51和A51产生的可重定位的目标模块，生成绝对目标模块；LIB51库管理器：从目标模块生成连接器可以使用的库文件； OH51目标文件至HEX格式的转换器，从绝对目标模块生成Intel Hex文件；致谢 经过2个月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周的地方，如果没有导师的催促指导。

24、以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。 在这里要感谢熊晓倩老师，她循导善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；她严谨细致，一丝不苟的作风一直是我们工作.学习中的典范；并将积极影响我今后的学习和工作。 其次要感谢我的伙伴们，他们在本次设计中勤奋工作，克服了许多困难来完成此次毕业设计，并承当了大局部的工作量。如果没有他们的努力工作，此次设计的完成将变的非常困难。 然后要感谢大学3年来的所有老师，为我们打下了电子专业知识的根底；同时还要感谢08电信所有的同学们，正是因为有你们的支持和鼓励。我才能在温暖的环境中茁壮成长并顺利完成毕业设计。 最后感谢武汉职业技术学院三年来对我的大力栽培。 谢谢！ 结论AT89C53控制模块 AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电