數(shù)字溫度計課程設計 (2)

1、<p><b>　　數(shù)字溫度計</b></p><p><b>　　概述：</b></p><p>　　由于單片機體積小、功能全、價格低、編程容易等優(yōu)點，在工業(yè)領域的應用越來越廣泛。本文數(shù)字溫度計的實現(xiàn)，主要基于芯片DS18B20和數(shù)碼管的顯示功能，把現(xiàn)場測得的溫度顯示出來。</p><p>　　DS18B20是

2、美國Dallas公司生產的單總線數(shù)字輸出型集成溫度傳感器，能夠直接讀出被測溫度值，并且可根據(jù)實際要求通過編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字量輸出，將溫度值轉化為9位數(shù)字量所需時間為93.75 ms，轉化為12位數(shù)字量所需時間為750 ms。測試溫度范圍為 -55～+125，精度可達0.0675℃。</p><p><b>　　二、工作原理：</b></p><p>　　本電路包

3、含了單片機最小系統(tǒng)（包括復位按鈕、晶振電路）、單總線接口的溫度傳感器芯片DS18B20、LED數(shù)碼管顯示電路的設計。</p><p>　　本電路采用8位單片機 AT89C51，工作原理圖如下頁所示：</p><p>　　1、AT89C51單片機引腳資源及分配如下：</p><p><b>　　2、復位電路：</b></p><

4、;p>　　RST引腳是復位信號的輸入端。復位信號是高電平有效，其有效時間應持續(xù)24個振蕩脈沖周期以上，整個復位電路包括芯片內、外兩部分。外部電路產生的復位信號送施密特觸發(fā)器，再由片內復位電路在每個機器周期的S5P2時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進行采樣，然后才得到內部復位操作所需要的信號。</p><p>　　復位操作有上電自動復位、按鍵電平復位和外部脈沖復位三種方式，本文采用按鍵電平復位的方式，復位電路如下：&

5、lt;/p><p>　　按下按鈕并持續(xù)兩個機器周期以上，則RES位高電平，單片機復位。</p><p><b>　　3、晶振電路:</b></p><p>　　在89C51內部有一個高增益反相放大器，其輸入端為引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。只需要在片外通過XTAL1和XTAL2引腳跨接晶體振蕩器或在引腳與地之間加接微調電容，形成反饋電路

6、，振蕩器即可工作。振蕩電路的工作原理如下圖：</p><p>　　由于電容的大小影響振蕩器震蕩的穩(wěn)定性和起振的快速性，通常選擇范圍10～30 pF。</p><p>　　當由外部輸入時鐘信號時，外部信號接入XTAL1端，XTAL2端懸空不用。對外部信號的占空比沒有要求，高低電平持續(xù)時間不小于20 ns。</p><p>　　4、溫度傳感器的接口：</p>

7、<p>　　前面已經(jīng)略微介紹過芯片DS18B20,下面主要介紹其使用方法：</p><p>　　（1）引腳分配圖如下：</p><p>　　GND：地 DQ：數(shù)據(jù)I/O NC:空腳</p><p><b>　?。?）軟件操作：</b></p><p>　　a、主機先作復位操作<

8、;/p><p>　　b、主機再寫跳過ROM的操作（CCH）命令</p><p>　　c、然后主機接著寫個轉換溫度的操作命令，后面釋放總線至少一秒，讓DS18B20完成轉換的操作。整個操作的總線狀態(tài)如下圖:</p><p><b>　　初始化時序：</b></p><p>　　bit Init_DS18B20(void)&l

9、t;/p><p>　　{ bit flag; // flag=0，存在；flag=1，不存在</p><p>　　DQ = 1; //先將數(shù)據(jù)線拉高</p><p>　　for(time=0;time<2;time++) ;//略微延時約6微秒，再將數(shù)據(jù)線從高拉低，要求保持480～960us</p><p>　　DQ = 0;

10、 </p><p>　　for(time=0;time<200;time++) ; //略微延時約600微秒，以向DS18B20發(fā)出一持續(xù)480～960us的低電平復位脈沖 </p><p>　　DQ = 1; //釋放數(shù)據(jù)線（將數(shù)據(jù)線拉高） </p><p>　　for(time=0;time<10;time++)

11、; //延時約30us（釋放總線后需等待15～60us，讓DS18B20輸出存在脈沖）</p><p>　　flag=DQ; //讓單片機檢測是否輸出了存在脈沖（DQ=0表示存在） </p><p>　　for(time=0;time<200;time++) ; //延時足夠長時間，等待存在脈沖輸出完畢</p><p>　　re

12、turn (flag); //返回檢測成功標志</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　讀時序：</b></p><p>　　ReadOneChar(void)</p><p>　　{ unsigned char i=0;</p>&l

13、t;p>　　unsigned char dat; //儲存讀出的一個字節(jié)數(shù)據(jù)</p><p>　　for (i=0;i<8;i++)</p><p>　　{DQ =1; // 先將數(shù)據(jù)線拉高</p><p>　　_nop_(); //等待一個機器周期 </p><p>　　DQ = 0;

14、 //單片機從DS18B20讀數(shù)據(jù)時,將數(shù)據(jù)線從高拉低即啟動讀時序</p><p>　　_nop_( ); //等待一個機器周期 </p><p>　　DQ = 1; //將數(shù)據(jù)線"人為"拉高,為單片機檢測DS18B20的輸出電平作準備</p><p>　　for(time=0;time&

15、lt;2;time++) ; //延時約6us，使主機在15us內采樣</p><p><b>　　dat>>=1;</b></p><p>　　if(DQ==1) dat|=0x80; //如果讀到的數(shù)據(jù)是1，則將1存入dat</p><p>　　else dat|=0x00;//如果讀unsigned

16、char到的數(shù)據(jù)是0，則將0存入dat </p><p>　　for(time=0;time<8;time++); //延時3us,兩個讀時序之間必須有大于1us的恢復期</p><p>　　} </p><p>　　return(dat); //返回讀出的十六進制數(shù)據(jù)</p><p>

17、<b>　　}</b></p><p><b>　　寫時序：</b></p><p>　　WriteOneChar(unsigned char dat)</p><p>　　{ unsigned char i=0;</p><p>　　for (i=0; i<8; i++)</p&

18、gt;<p><b>　　{</b></p><p>　　DQ =1; // 先將數(shù)據(jù)線拉高</p><p>　　_nop_(); //等待一個機器周期 </p><p>　　DQ=0; //將數(shù)據(jù)線從高拉低時即啟動寫時序 </p><p>　　DQ=da

19、t&0x01; //利用與運算取出要寫的某位二進制數(shù)據(jù),并將其送到數(shù)據(jù)線上等待DS18B20采樣</p><p>　　for(time=0;time<10;time++);//延時約30us，DS18B20在拉低后的約15～60us期間從數(shù)據(jù)線上采樣</p><p>　　DQ=1; //釋放數(shù)據(jù)線 </p><p>　

20、　for(time=0;time<1;time++);//延時3us,兩個寫時序間至少需要1us的恢復期</p><p>　　dat>>=1; //將dat中的各二進制位數(shù)據(jù)右移1位 </p><p><b>　　}</b></p><p>　　for(time=0;time<4;time++); //稍作延

21、時,給硬件一點反應時間</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　?。?）硬件接口</b></p><p>　　5、LED顯示電路；</p><p>　　7SEG-MPX4-CC是 四個共陰二極管顯示器 ，1234 是陰公共端。單片機可以直接驅動，不另加驅動電路。本文中，P1

22、接段碼，P3的4 位IO口接位選。動態(tài)顯示驅動，將所有數(shù)碼管的8個顯示筆"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。

23、通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為1～2ms，由于視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。</p><p><b>　　三、電路工作過程:&

24、lt;/b></p><p>　　首先，通電后顯示8888，由于DS18B20的轉換速度僅幾百毫秒，所以在2秒之后即可顯示測得的溫度。隨著現(xiàn)場溫度的改變，LED數(shù)碼管顯示的溫度也在隨時改變。如果需要復位單片機，只需按下復位按鈕即可。</p><p><b>　　四、源程序：</b></p><p>　　#include "reg

25、51.h"</p><p>　　#include "intrins.h" //延時函數(shù)用</p><p>　　#define Disdata P1 //段碼輸出口</p><p>　　#define discan P3 //掃描口</p><p>　　#define uchar

26、unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　sbit DQ=P3^7; //溫度輸入口</p><p>　　sbit DIN=P1^7; //LED小數(shù)點控制</p><p><b>　　uint h;</b>&

27、lt;/p><p>　　uchar code ditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,</p><p>　　0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};//溫度小數(shù)部分用查表法</p><p>　　uchar code dis_7[12]={0xC0,0xF9,0xA4,

28、0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,</p><p>　　0x90,0xff,0xbf}; /* 共陽LED段碼表 "0" "1" "2" "3" "4" "5" "6" "7" "8&quo

29、t; "9" "不亮" "-" */ </p><p>　　uchar code scan_con[4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7}; // 列掃描控制字</p><p>　　uchar data temp_data[2]={0x00,0x00}; // 讀出溫度暫放<

30、/p><p>　　uchar data display[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};//顯示單元數(shù)據(jù),共4個數(shù)據(jù),一個運算暫存用</p><p>　　void delay(uint t)//11微秒延時函數(shù)</p><p>　　{ for(;t>0;t--); }</p><p>　　scan()//顯

31、示掃描函數(shù)</p><p>　　{ char k;</p><p>　　for(k=0;k<4;k++) //四位LED掃描控制</p><p>　　{ Disdata=dis_7[display[k]];</p><p>　　if(k==1){DIN=0;}</p><p>　　disca

32、n=~scan_con[k];delay(90);discan=0x00;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　ow_reset(void) //18B20復位函數(shù)</p><p>　　{ char pre

33、sence=1;</p><p>　　while(presence)</p><p>　　{while(presence)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DQ=1;_nop_();_nop_();</p><p><b>　　DQ=0; </b&g

34、t;</p><p>　　delay(50); // 550us</p><p><b>　　DQ=1; </b></p><p>　　delay(6); // 66us</p><p>　　presence=DQ; // presence=0繼續(xù)下一步</p><p><b>　

35、　}</b></p><p>　　delay(45); //延時500us</p><p>　　presence = ~DQ;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　DQ=1;</b></p><p><b>　　}

36、</b></p><p>　　void write_byte(uchar val)//18B20寫命令函數(shù)</p><p>　　{ uchar i;</p><p>　　for (i=8; i>0; i--) //</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DQ

37、=1;_nop_();_nop_(); </p><p>　　DQ = 0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();//5us</p><p>　　DQ = val&0x01; //最低位移出</p><p>　　delay(6); //66us</p><p>　

38、　val=val/2; //右移一位</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　DQ = 1;</b></p><p>　　delay(1); </p><p><b>　　}</b></p><p>　　u

39、char read_byte(void)//從總線上讀取一個字節(jié)</p><p>　　{ uchar i;</p><p>　　uchar value = 0;</p><p>　　for (i=8;i>0;i--)</p><p>　　{ DQ=1;_nop_();_nop_();</p><p>　　val

40、ue>>=1;</p><p>　　DQ = 0; </p><p>　　_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //4us</p><p>　　DQ = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); //4us </p><p>　　if(DQ)v

41、alue|=0x80;</p><p>　　delay(6); //66us</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　DQ=1;</b></p><p>　　return(value);</p><p><b>　　}

42、</b></p><p>　　read_temp()//讀出溫度函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ow_reset(); //總線復位</p><p>　　write_byte(0xCC); // 發(fā)Skip ROM命令</p><p>　　

43、write_byte(0xBE); // 發(fā)讀命令</p><p>　　temp_data[0]=read_byte(); //溫度低8位</p><p>　　temp_data[1]=read_byte(); //溫度高8位</p><p>　　ow_reset();</p><p>　　write_byte(0xCC); // Sk

44、ip ROM</p><p>　　write_byte(0x44); // 發(fā)轉換命令</p><p><b>　　}</b></p><p>　　work_temp()//溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar n=0;

45、 </p><p>　　if(temp_data[1]>127)</p><p>　　{temp_data[1]=(256-temp_data[1]);temp_data[0]=(256-temp_data[0]);n=1;</p><p><b>　　}//負溫度求補碼</b></p><p>　　disp

46、lay[4]=temp_data[0]&0x0f;display[0]=ditab[display[4]];</p><p>　　display[4]=((temp_data[0]&0xf0)>>4)|((temp_data[1]&0x0f)<<4);//</p><p>　　display[3]=display[4]/100;</p&

47、gt;<p>　　display[1]=display[4]%100;</p><p>　　display[2]=display[1]/10;</p><p>　　display[1]=display[1]%10;</p><p>　　if(!display[3]){display[3]=0x0A;if(!display[2]){display[2]=

48、0x0A;}}//最高位為0時都不顯示</p><p>　　if(n){display[3]=0x0B;}//負溫度時最高位顯示"-"</p><p><b>　　}</b></p><p>　　main()//主函數(shù)</p><p>　　{ Disdata=0xff; //初始化端口</

49、p><p>　　discan=0xff;</p><p>　　for(h=0;h<4;h++){display[h]=8;}//開機顯示8888</p><p>　　ow_reset(); // 開機先轉換一次</p><p>　　write_byte(0xCC); // Skip ROM</p><p>

50、;　　write_byte(0x44); // 發(fā)轉換命令</p><p>　　for(h=0;h<500;h++)</p><p>　　{scan();} //開機顯示"8888"2秒</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　

51、　{</b></p><p>　　read_temp(); //讀出18B20溫度數(shù)據(jù)</p><p>　　work_temp(); //處理溫度數(shù)據(jù)</p><p>　　for(h=0;h<50;h++)</p><p>　　{scan();} //顯示溫度值2秒</

52、p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　五、程序分析：</b></p><p>　　本文的主函數(shù)很簡單，主要是調用子函數(shù)。這里用到的子函數(shù)有延時函數(shù)、掃描顯示函數(shù)、總線讀字節(jié)函數(shù)、DS18B20復位函數(shù)和寫命令函數(shù)、溫

53、度讀取函數(shù)和溫度處理函數(shù)。</p><p>　　程序剛開始對要用到的端口進行初始化，并讓數(shù)碼管先顯示8888。由于沒有用到ROM操作指令，所以要用跳過ROM序列號檢測命令（CCH）。而后單片機發(fā)出開始轉換指令（44H），DS18B20收到該命令后立刻開始溫度轉換。當溫度轉換正在進行時主機讀總線結果為0，轉換結束則為1，并把轉換的結果暫存起來。</p><p>　　當單片機發(fā)出讀取溫度指令時

54、，就把轉換結果（數(shù)字量）讀到單片機內部并經(jīng)過溫度轉換（負溫度時求補，最高位是0時不顯示等），然后經(jīng)P1端口送顯示器顯示，經(jīng)延時后可顯示下一個溫度值。</p><p>　　另外，在每一次讀寫前要對 DS18B20 進行復位初始化。復位要求主CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500us ，然后釋放， DS18B20 收到信號后等待 16us～60us 左右，然后發(fā)出60us～240us 的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號后表示

55、復位成功。</p><p><b>　　附：程序流程圖</b></p><p><b>　　六、設計心得：</b></p><p>　　在這次課程設計之前，雖然已經(jīng)學習過單片機，但僅僅是了解單片機的內部結構，至于如何用C語言編程、如何外部接線并不知道。以前也沒有獨立做過這方面的設計，做實驗時的程序和仿真圖都是老師給的。這次

56、接觸到實際的應用問題，一直不知道該如何下手。后來上網(wǎng)查資料，結合老師給的芯片資料，尤其是DS18B20，測溫度必須用到的芯片，剛剛結束的計算機控制課程設計也用到了它。從獨立的模塊到繪制仿真圖，遇到了不少困難，不過在同學們和老師的指導下，逐一擊破。下面說說這次設計中遇到的最大困難：</p><p>　　7SEG-MPX4-CC是四位共陰極數(shù)碼管，它的用法以前沒用過，這次全靠查資料，尤其是編程，主要是參照網(wǎng)上的程序。

57、還有DS18B20這個芯片，以前傳感器這本書上有介紹，但老師沒講過，這次把以前的課本找出來，仔細閱讀它的結構和工作原理，以及用軟件實現(xiàn)測溫和溫度轉換的步驟，對它有了進一步的認識。</p><p>　　通過這次課程設計，知道單片機的用途很廣，和計算機比起來，雖然功能沒有計算機強大，但控制方便，易于編程實現(xiàn)。而且，各個學科之間的聯(lián)系很大，尤其是模電和數(shù)電，可以說是電子學的基礎。只有掌握了這門基礎學科，才能掌握好其他學