数温控完全手册单片机C语言开发详解系列之第章综合实例-多功能数字温度计

第11章综合实例——多功能数字温度计设计通过前面几章的学习，读者已经基本掌握了AT89S51单片机的系统设计与程序设计方法。从本章开始，将通过综合的实例向读者继续深入介绍嵌入式系统开发的知识和实例。本章主要讲解一个多功能数字温度计设计的综合实例，通过该实例，读者能够学习到键盘输入设计、LED数码管接口设计、温度采集、人机交互设计等各方面的知识。11.1系统结构与分析本章介绍的多功能数字温度计具备温度计和时钟的功能，该系统由以下几个部分组成：单片机、温度传感器、显示设备、键盘输入几部分组成。11.1.1多功能数字温度计功能分析在本章设计的多功能温度计，需要具备以下的功能。温度测量：能够实时显示当前的环境温度；时钟功能：能够作为时钟使用，显示当前时间；闹铃功能：能够在设定时间时候，作为闹铃发声；时钟设置功能：能够设定时钟，修改当前时间；电池或者直流稳压电源9V供电；11.1.2多功能数字温度计系统分析多功能数字温度计的原理十分简单，即通过温度传感器测量温度，通过单片机采集后在LED数码管上显示出来，同时，该温度计还兼有时钟的功能。11.2DS1620温度传感器电路DS1620是Maxim-Dallas公司生产的一款高性能、宽测温范围的串行数字接口温度传感器。下面详细介绍DS1620温度传感器的使用。11.2.1DS1620的性能指标DS1620温度传感器的主要性能指标如下。供电电压：2.7V～5.5V；测量温度范围：-55°C～+125°C；测量温度精度：0.5°C；转换时间：50ms；接口：三线串行接口；可设定报警限值；9Bit温度数据格式。11.2.2DS1620的引脚定义DS1620具有8-Pin的SOIC封装和DIP双列直插封装，其引脚分布如图所示。11.2.3DS1620的温度格式DS1620采用的9位的温度数据格式，负温度数据用补码表示，最低位表示0.5℃，因此需要两个8位寄存器存储温度值，如图所示为温度为-25°C的数据值。11.2.4DS1620的三线数据串行接口DS1620的三线数据串行接口由一下三个信号线组成。RST（复位）；CLK（时钟）；DQ（数据）。11.2.5DS1620的控制寄存器DS1620具有一个8位的控制寄存器，用于控制温度传感器的所有操作，其寄存器各位分布如图所示。11.2.6DS1620的操作字要对DS1620进行需要的操作，就需要执行DS1620的操作字，如图11.8时序图中的Protocol部分就是操作字的代码，跟随Protocol后的是操作字的参数或者读取值。DS1620共有如下的9个不同的操作字，通过不同的操作字可以实现开始转换温度、对DS1620的寄存器进行读写、读取温度数据、设置TH和TL等操作。AAH：读取转换好的温度数据，从指令输入后的第9个时钟脉冲开始，将输出温度寄存器中的数据；01H：给高温临界寄存器写入TH数据；02H：给低温临界寄存器写入TL数据；A1H：读高温临界寄存器中的TH数据；A2H：读低温临界寄存器中的TL数据；EEH：开始转换温度数据；22H：停止转换温度数据；0CH：写控制寄存器；ACH：读控制寄存器。11.2.7DS1620的单独工作模式DS1620可以工作在无单片机控制的系统中，称为DS1620的单独工作模式，在这种工作模式下，主要是依靠DS1620的三个温度限制输出引脚进行控制，作为热继电器使用。使用该工作模式必须写入控制寄存器操作模式和TH、TL寄存器的温度设定值，使用CLK/~CONV用作转换开始控制端。这种工作模式下，控制寄存器的CPU标志位必须设为“0”。11.2.8DS1620的单片机接口电路当使用AT89S51控制DS1620进行温度测量时，只需要使用AT89S51的三个引脚和DS1620的串行接口按照通讯协议进行通讯即可，其电路如图所示。11.3MAX7219数码管驱动电路MAX7219是Maxim公司生产的一款高性能8位共阴极数码管驱动芯片，通过MAX7219可以使用单片机极少的引脚实现多个数码管的显示驱动。11.3.1MAX7219的性能指标MAX7219的主要性能指标如下。10Mhz的串行接口；独立的LED数码管段控制；可以使用内部BCD数码管解码；150uA的Shut-Down电流；可以调节数码管发光强度；工作温度范围：-40°C～85°C；11透.3域.2豆MA策X7秧21渴9的引肝脚定寇义如图盯所示讽，MA禽X7店21巡寿9具有24引脚吸的SO贴片纵与DI森P双列恨直插择两种谢不同岗的封忌装。11饰.3稻.3盘MA刃X7捆21即9的串疾行数苍据通戒讯单片嗽机需蔽要通讨过D0～D1怎5的16位串友行通哪讯对MA贴X7珍21毕9进行购控制态，11叛.3谎.4属MA肌X7寻21哄9的内要部寄励存器眠地址要实喘现数轻码管吊的不厌同模贱式、议不同任形式镇下的酒驱动颂，就门需要只对MA桥X7绪21酸9的内迟部寄亩存器撑进行陈操作昆，寄晃存器技的地愁址为玻数据D8～D1坏1位，迹如图典所示少。11特.3惹.5嗓MA型X7住21蛙9的数忙字位栗寄存步器数字昌位寄陈存器蓬的地爹址为01谈H～08旧H，其疼对应欠了每拿个数遮码管照的现摸实内贵容，沙在没料有进歌行使暮用解索码模载式时与，其辛存储语数据股与数肢码管炭显示蚂的对饿应方绝式如炒图所脾示。11喝.3屯.6糊MA挪X7转21胜9的停税机寄夸存器停机款寄存谁器用滑于关猾闭MA苦X7凭21扬9，如倒图所套示，演当D0事=0时，MA绩X7肉21处于静停机葬状态进；当D0俭=1时，卧处于陆正常屯工作笑状态港。11乘.3钥.7迫MA倘X7守21绕9的测坛试寄补存器测试而寄存唤器用兔于测杜试数鸡码管献和MA贴X7拜21香9十分遍正常险工作耍，如荣图所门示，自当D0闲=0时，MA搞X7艺21地9按设丸定模宵式正江常工壳作；殖当D0劝=1时，凶处于横测试兄状态捎。在测钓试状汤态下米，无熟论MA藏X7礼21池9处于艇什么吧模式穴，全蔽部LE灯D将按赛最大日亮度墙显示喉。11灯.3毯.8纤MA运X7表21错9的亮担度寄厦存器数码微管的片现实传亮度权可以跑用硬粗件和村软件黎两种途方法朱调节坏，亮押度寄揉存器枪中的D0～D3位可闷以控拿制LE色D显示钩器的缩慧亮度挪，如债图所塌示，精通过汤改变瓣亮度挂寄存巾器的冈值，稼可以聚调整MA稳X7竿21床0驱动蹈数码段管的毫有效于循环秆时间僵，从抵而改耀变数营码管沈显示街的亮绿度。11杠.3针.9含MA佳X7阳21童9的扫妈描界涂限寄岸存器MA半X7询21镇9的扫继描界努限寄士存器鹿用于屋限定MA渠X7案21外9的扫谨描数失码管孝的个篮数，然这个图主要伞是用涛于当MA飞X7脂21克9被用孟于驱届动不搭到8个数絮码管哈的情肤况下贵，例但如本冰章的缘瑞数码鼠温度柳计只繁使用房诚了6个数筛码管疤，就坛可以储限制剖扫描归数码旋管的串个数盐为6。如图炮所示算，该从寄存催器中D0～D3位数据据设绪定值躁为0～7H，设成定值唱表示恼显示施器动浮态扫牙描个苍数为1～8。11叶.3参.1防0脆M抢AX烤72响19的译时码寄蜓存器该寄英存器天的8位二孤进制庙数的些各位车分别悼控制8个LE使D显示誓器的稍译码炸方式骆。当吵高电年平时驴，选扭择BC草D-痛B译码兼模式躺，当似低电招平时撑选择京不译康码模过式，席而使耍用送照来数燃据为拴字型倾码，肠其具股体对听应的歇实例惭如图魂所示虽。11常.3翁.1叹1腥M摩AX总72遥19驱动省电路撕设计如图外所示费为官零方推妙荐的MA横X7刺21刃9常用写驱动篮电路搬连接钩图，工图中ISE头T引脚印连接馅的是宾硬件林调节友数码删管亮性度的奸电阻壳，可治以通幻玉过更窑改外花接电傲阻值孕改变亦数码泉管的贺亮度匹。DI班G0～DI炎G7引脚佣分别系与8位数沿码管茂的共贩阴极龄相连疮，SE既G唐A～G及其DP引脚宫分别幸与每禽个数芹码管抬的A～G与GP段相绘连，A～G以及DP各段英的定捐义请以参考爸图11荐.4其他联硬件导电路深设计除了往温度克传感御器电坝路和浆数码虽管驱溉动电皇路，中在本应节中桑继续供介绍奴多功井能温兵度计漏其余针的硬卵件电纱路设罢计，饱包括典单片辰机最下小系丝式统、沿电源钟系统劫、按径键输熔入等祥部分类。11午.4袜.1票AT畜89龙S5邮1单片押机最址小系塔统电封路在该诱设计负中采待用了AT嗽89度S5运1单片画机作共为核区心处亲理器资，因既此在丈电路偶中首帖先需斯要设喷计的机是AT英89网S5谋1的最羞小系缺统。AT采89锁S5妙1单片徐机的币最小茅系统贼电路帅包含插以下底几个露部分崖：单片己机供誓电电培路：AT迫89掀S5借1需要割具有宵可靠租的5V供电活，在余电路巡寿图中利的VC各C和GN暴D为供坦电网吨络标眼识符好；振荡抛电路筐：AT堆89前S5故1需要拔一个柜稳定兴的振艘荡电御路才粘能够劫正常饱工作静，在暮该电跑路采还用了24罚Mh抱z的晶设振作但为AT武89舞S5伤1的时远钟源专；复位精电路旗：复予位电誉路是级单片千机正赵常运歇行的战一个麻必要产部分棍，复撕位电肝路应售该保抢证单登片机本在上老电的纳瞬间收进行墨一次爷有效么的复反位，趋在单折片机悉正常诞工作啊时将RS姨T引脚末置低威。此壮外通旁过一坟个按嗓键进骡行手表动复始位，以在单填片机朵运行趋不正蔽常时队使用棒。11神.4千.2键盘港输入著电路由于娱多功酱能数午字温央度计缴具备漂时钟飘的功举能，紫因此突需要么具有慎设置狗时钟绞的按轨键输姻入设毯备，落在本益章案女例中刺采用酿了4个上粪拉的谋按键衫作为佩输入帆设备青，与AT钻89调S5得1的P1每_0～P1烛_3相连解，其霸电路滴如图宿所示照。键盘状输入姨的具督体设我计细侍节请雾参考抓本书纲第7章。11逝.4无.3电源共电路为了捷降低篇成本政，该职多功凉能数型字温乱度计耕采用模了MC妖78蚀05作为鸟电源盒芯片哀，MC伙78台05是使朝用最嫁为广蹲泛的旧一种行电源达稳压色芯片爬，各薄大芯挑片公存司都碰有生吧产或牵具有晨兼容摧产品他。从芯稿片的由手册约上可摧知，MC犹78浪05能够电将7～30您V的输赵入电遭压稳灭压至5V输出借，但数是由对于MC字78姐05不是议开关屠电源士，而注是线尘性稳袍压电的源，阁因此利多余晴的电套压都栗将转著换为棋热能孝被消蜻耗，摧导致监芯片盈发热兰，因拘此MC畜78筒05的输旧入电酱压不拢宜太呼高。采用MC腥78迎05作为洗电源向的电访路，棋其中BA酸T是电拼池电叉源输元入端誉，一筝般为9V。11今.4忌.4多功熟能数蠢字温轮度计舟的硬累件电幼路通过11断.2纤.1～11生.2昆.5小节惊的设敢计分得析，眨可以浪得到东该多莫功能觉数字悦温度芒计的跑硬件货电路邮图如啦图所丧示，最其中P2为电锈源输歪入接劳口，贱蜂鸣慨器使烘用P2每_7引脚为驱动他。11梳.5多功第能数旨字温代度计葛软件体设计本节揭讲解惭多功届能温殿度计载的软私件设始计，烈软件顾要实梯现的山功能秩包括胁实时默温度冒测量萍显示错、时才钟显风示、歪时钟伪设置医、闹辞铃设赖置、托闹铃况等功黑能。封下面逢详细返讲解剩软件兔的设脊计过挖程。11说.5拜.1软件倡结构赴分析一个婚嵌入洁式系鼠统软辽件总完是由彩复杂腐的程伴序构里成的珠，一纲般来辈说，拣一个甘完整危的嵌谦入式略程序哲分为荣两个秧主要街的层躁次，洋功能搭软件厘和底摆层驱害动。11厨.5裁.2逗DS赤16抖20驱动滤程序琴设计DS持16澡20的驱咱动程丧序由直以下坊几部乐分组汪成。DS农16谎20写字志节函互数；DS锁16累20读字孩节函症数；DS孔16任20写控该制寄物存器旺函数鼠；DS抽16裤20读控贫制寄浇存器倚函数浙；DS棍16炕20读取艺温度道值函融数；DS签16妄20启动立转换级函数串；DS胶16粗20初始庸化函织数；11割.5黄.2念.1宏定毛义11飘.5牺.2脊.2茶DS眯16聋20写字孔节函田数11夺.5卵.2腊.3挑DS竟16裁20读字丢节函虎数11明.5勒.2案.4仁DS慢16抽20写控蕉制寄竖存器展函数11羞.5弯.2疮.5缠DS挡16返20读控第制寄载存器隶函数11砌.5善.2尖.6剩DS探16厉20读温既度值革函数11笋.5僵.2抢.7茎DS专16妹20启动部温度低转换丽函数11爱.5钻.2脚.8众DS码16交20初始杆化函桶数11讲.5丽.3举MA夺X7企21扰9驱动扎程序拥设计MA留X7抢21旁9的驱仆动程坏序由坊以下踢几部杏分组案成。MA崭X7监21裕9写控使制函敌数；MA蠢X7顽21凉9初始积化函欣数；11屈.5决.3及.1宏定沫义11片.5促.3煤.2雪MA跳X7醒21证9写控酸制函稿数11安.5何.3此.3急MA掠X7桶21臣9初始略化函缝数11厕.5反.4键盘维接口赔程序蚀设计键盘订接口渐程序逢的功旁能是球对按灵下的丛按键最进行芬识别很，为色程序但提供馅按键浩码，纱为执监行下陶一步种程序狮提供同来自宰用户勒的反耍馈。键盘购接口辛程序肆比较伟简单旋，就颠是使浙用P1口读寻取按较键的冒值，陡然后白返回球按键众值，涝具体腹的按令键输战入程景序过衡程请溪读者胳参考僚本书叉第七倡章。11组.5殖.4梨.1宏定痛义11辩.5滴.4钞.2键盘继接口材程序11尺.5扰.5蜂鸣暖器驱短动程搅序设川计驱动季蜂鸣初器就拖是靠AT伞89晒S5闪1的P2源_7引脚呈，驱稍动蜂界鸣器都就是朋通过P2巧_7输出维一个案低电区平，扛将三蓝极管或导通泄，从旦而驱竹动蜂毙鸣器易发声付。11愿.5氏.5等.1宏定砖义11示.5乔.5晌.2蜂鸣辉器驱漫动11我.5渗.6定时喜器时藏钟基悔准设缩慧计定时脆器时默钟基举准的五目的朝是产什生以阴一秒准为周紧期的各时钟板基准劝，这犬样就辩可作并为时克钟的炒驱动众基准胖。利用最定时群器T0可以若产生2m控s的中相断脉竖冲，50扮0个2m烛s技术区即为1s。在雨使用24煮MH鹿z晶振折时，到产生2m亲s需要让的计把数器稍初值绵为：#d遮ef浪in邮e碧TH灿0_景VA魔LU绍E柄0x撇06#d拆ef阴in忍e慰TL暖0_填VA刷LU问E鸟0x循0011救.5够.6纺.1定时束器时呀钟中面断11坊.5郊.6.2定时骂器初信始化座函数11誓.5拔.6输.3定时于器启字动函把数11艺.5乏.7时钟躺显示尺程序护设计时钟牵显示怒程序欢的功籍能是成每隔若一分讨钟更比新一国次显校示的辱时钟辽值，聚时钟嫌值按盆照24小时勤的格支式进感行显贸示，案具体拒函数觉代码袜如下乓。11输.5均.8闹铃菊程序墙设计闹铃椒程序苦实现我的功皆能是紫，当引当前忌时间仍和闹以铃时迎间一痛致时朱，闹谅铃开某始发民声报秘警，11蓝.5皱.9按键泻操作粪程序享设计用户籍要通壳过键掀盘操之作进京行闹拉铃和卡时钟帅的设迷置，践因此废按键莲操作档函数我比较孝复杂虚，在旦函数锦中调傍用了泄键盘器接口玻函数怨，11绝.5蛇.1择0显示论温度怪程序迫设计显示诉温度单程序深的功籍能是姿在温棒度计退上实能时显表示当伍前所愉测量猜的温半度值辈，程唉序调黎用了DS前16须20读温触度函旧数，背具体伶代码却如下尾。11育.5膜.1状1主程纯序在所以有函庭数和局分支析程序里都设闯计完蓄成后茅，主着程序缘瑞的设引计变开得十重分简吃单，许主程欧序的沿工作技是初卧始化嫁各个虑部件委，并沸在无型限循缘瑞环内粮不断画运行哗各个饲子分除支程猴序，11稳.6多功汤能数测字温五度计陈工程使文件与之须前章施节介乞绍的炼小程父序不隐同，桑在本端章的奏案例寨中，士对于桶这样挨一个么较大围的工预程，蔬为了拆使得恨所有川的函坝数和躁分支律程序璃能够碑统一启编译句，需葵要在Ke新ilC5惰1里统孤一建呈立一蝇个工晋程文凉件，枕进行算统一的的编群译与锡调试掏。11游.6咽.1主函盗数Ma恩in加.C为整很个工监程的鄙主体英文件辜，包隙含了狭工程江的入民口函放数ma修in盒()。(具体些内容骗请参这照本诉书)11滑.6鸽.2温度踪蝶传感裕器DS劝16墙20函数绑库DS晃16淹20恶.C包含梅了所宿有对作温度决传感拒器DS五16阅20的操拔作函若数，牺具体酬代码野如下纹所示衰。(具体丈内容挡请参凑照本茎书)11虎.6般.3沈DS池16酸20引脚际定义DS伍16低20瞧.h对DS线16援20的操猛作函阅数进贤行了质声明萄