基于51单片机数字温度计

课题：基于51单片机数字温度计设计专业：电气工程及其自动化班级：学号：姓名：指导教师：设计日期：2014年6月6日成绩：重庆大学城市科技学院电气学院单片机原理及应用课程设计报告一、设计目的作用1、掌握单片机电路的设计原理、组装与调试方法。

2、掌握DS18B20温度传感器的工作原理及使用方法。

二、设计要求（1）．由4位数码管显示当前温度。

（2）．具备报警设置和LED指示灯。

三、设计的具体实现1、系统概述a）方案选择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，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以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，感温电路比较麻烦。

进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可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。

b）系统框图该系统可分为以下七个模块：（1）控制器：采用单片机STC89C52对采集的温度数据进行处理；（2）温度采集：采用DS18B20直接向控制器传输12位二进制数据；（3）温度显示：采用了4个LED共阳极七段数码管显示实际温度值；（4）门限设置：主要实现模式切换及上下门限温度的调节；（5）报警装置：采用发光二极管进行报警，低于低门限或高于高门限均使其发光；（6）复位电路：对整个系统进行复位；（7）时钟振荡模块：为整个系统提供统一的时钟周期。

图a 系统框图2、单元电路设计与分析a)晶振晶振为单片机提供时钟信号。

单片机XIAL1和XIAL2分别接30PF的电容，中间再并个12MHZ的晶振，形成单片机的晶振电路。

图1 晶振电路b)复位电路单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。

89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。

当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。

单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。

图2 复位电路C)温度传感器系统DS18B20温度传感器电路,如图3.图3 温度传感器电路d)4位一体共阳数码管电路如图4图4 共阳LED电路e)工作原理及原理图系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警调整电路，状态显示电路，报警电路，单片机主板电路等，如图2所示。

1.1 温度传感器部分温度传感器用DS18B20。

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。

本设计电路的DS18B20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。

在使用DS18B20时，首先初始化温度传感器。

然后将已保存的温度的上下限值从EEPRAM调到RAM中。

再读取温度。

读取温度后，将温度的值发送到单片机中，并检查温度是否在设置的范围内。

如果在，不发出报警信号。

如果不在，就发出报警信号到单片机中。

随后，再读取温度，然后将温度的值发送到单片机中，并检查温度是否在设置的范围内。

最后，不断地循环此过程。

1.2 单片机部分单片机为此次电路的核心，它起到了控制整个电路的作用。

第一，它能够控制温度传感器还能够读取温度传感器的相关信息。

第二，他能够控制数码管显示温度，两个发光二极管显示状态，并在异常状态下发出报警。

最后，单片机能够扫描按键，并处理按键信息。

单片机先将温度传感器初始化。

然后发送重调EEPRAM命令。

将已保存的温度的上下限值从EEPRAM调到RAM中。

这样就可以根据上次已经设定好的温度的上下限值进行报警，而且设定好的温度的上下限值关机后不会消失。

各项准备做完后，发送温度转换命令，并读取温度。

读完温度后，就将十六进制的温度值转换成是十进制的温度值。

最后将温度的值从P0口传递给数码管显示出来。

而且单片机还时刻判断接收到了报警信号没有。

如果没有，则判断为正常状态，绿色发光二极管亮。

如果接收到了，则判断为异常状态。

此时，红色发光二极管亮，并且发出报警信号。

如果确认键按下后，程序就跳到温度的上下限值调整程序。

当温度的上下限值调整完后，能将调整的数值保存到存储单元中。

然后，单片机向温度传感器发出指令，将数值发送到DS18B20的RAM中，再将数值从DS18B20的RAM中复制到DS18B20的EEPROM中。

使调整好的温度的上下限值关机后不消失。

1.3显示部分本电路采用两位数码管静态显示。

由于每个数码管都接了译码器7447或接上拉电阻，节省了接口资源。

1.4 状态显示部分电路中的两个发光二极管为状态显示电路。

如果状态正常或状态异常，则LED指示灯会亮。

扬声器为报警电路。

但状态为异常时，发出报警。

也可以在电路中接了集成运放LM386，可以报警声更洪亮。

图5 电路原理图图6 实物图四、总结在本次的课程设计过程中，在焊接电路板时，会出现线路的接触不良，造成数码管不能显示数值。

在解决的过程中，认真查看电路图，用万用表检测线路，找出原因并重新焊接其中错误的地方。

注意一点就系设计电路走线的时候最好要清晰易见，尽可能的避免跳线，这样在检查电路出错时候简捷方便得多。

觉得应该注意程序的设计。

虽然不是很难，但很多细小的问题需要认真的对待，稍有不注意问题就会在具体的应用程序调试过程中出现，这要求在实践的过程中除了要了塌实的理论知识还要细心，有耐心。

当然在本次的设计过程中还出现了其他不少的问题，问题随着设计思想的深入而不断变化，不断的产生新问题，而在这过程中不断的解决问题，正是在这一过程中，加深了对原理的认识，完善了设计思想，使自己分析问题解决问题的能力得到进一步的加强。

另外还充分体会了从事单片机开发工作需要特别严谨认真的态度和作风，一点都马虎不得。

每一个细微的细节都必须十分的注意，如果不认真思考决策，就会出现或大或小的错误，如果早期的错误隐藏下来，对后面的工作影响就会很大，甚至有时要推倒很多前面做的工作重来。

有时候，自己觉得写的程序非常的正确，但是就是编译通不过，在查找错误的过程中，面临着否认自己的过程，非常的痛苦，而且由于自己的经验及各方面的能力的不足，所以进展的速度非常的缓慢，往往几天的时间还没有一点进展。

这时候，一般是先自己通过书本，手册和资料找解决办法，实在没辙了才向老师请教。

尽管向老师请教解决问题比较快，自己钻研花的时间较多，但强迫自己独立的思考对学习提高帮助非常大。

反反复复的学习，辛勤努力有了回报，终于做出了一个简单的系统，虽然这个系统的功能非常的简单，而且在实际的运用中，还有些不足。

比如断电后不能工作等问题。

由于知识浅薄，经验不足及阅历颇浅，因此，在该系统的设计方面还有很多不足，比如功能不够完善，界面不够醒目等问题，会在工作的使用过程中，根据工作的具体要求不断的修改，完善，争取使该系统慢慢趋向完美，并希望老师批评指点五、附录元器件明细表（列出本次课程设计中所用的全部元器件）。

附录一附录二源程序代码#include<reg51.h>#define uchar unsigned charsbit DQ=P3^6;sbit voice=P3^7;sbit light=P1^4;sbit din=P1^0; //MAX7221数据输入端sbit cs=P1^1; //MAX7221片选输入端sbit clk=P1^2;sbit key_rst=P1^5;sbit key_min=P1^6;sbit key_hour=P1^7;//sbit key_clr=P3^6;//unsigned int flag;unsigned int temp;unsigned char second;unsigned char minute;unsigned char hour;unsigned char dis[4]={0,0,0,0};unsigned charled[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0xf f,0xbf};//分别为0-9,不显示，负号unsigned charled1[10]={0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10};//带小数点显示uchar code dispcode[]={0x7e,0x30,0x6d,0x79, //’0’，’1’，’2’，’3’0x33,0x5b,0x5f,0x70, //’4’，’5’，’6’，’7’0x7f,0x7b,0x01,0x00 //’8’，’9’，’-’，无显示};unsigned char str2[8]={" "};void delay(unsigned int i) //如果i是unsigend char类型，则会出现错误结果{while(i--);}void Init(void)//初始化{//unsigned char flag=0;DQ = 0; //单片机将DQ拉低delay(100); //精确延时大于 480us小于960usDQ = 1; //拉高总线delay(30);//flag=DQ; //稍做延时后如果flag=0则初始化成功 flag=1则初始化失败//delay(20);}unsigned char Read(void)//读字节{unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;for (i=8;i>0;i--){DQ = 0; // 给脉冲信号dat>>=1;DQ = 1; // 给脉冲信号if(DQ)dat|=0x80;delay(5);}return(dat);}void Write(unsigned char dat)//写字节{unsigned char i=0;for (i=8; i>0; i--){DQ = 0;DQ = dat&0x01;delay(5);DQ = 1;dat>>=1;}}void Display(unsigned int temp) //显示程序{if(temp<=0x0800){ temp>>=4; //右移4位，相当于乘0.0625，将温度化为十进制temp*=10; //扩大10倍，显示一位小数dis[0]=temp/1000; //千位dis[1]=temp%1000/100; //百位dis[2]=temp%1000%100/10; //十位dis[3]=temp%1000%100%10; //个位}else{temp=~temp;temp+=1;temp>>=4;dis[0]=0x0c; //负数dis[1]=temp%100/10; //百位dis[2]=temp%100%10; //十位dis[3]=0; //个位}P2=0x01; //先片选，在段选，反过来就不能正常显示P0=led[dis[0]];delay(200);delay(200);P2=0x02;P0=led[dis[1]];delay(200);delay(200);P2=0x04;P0=led1[dis[2]];delay(200);delay(200);P2=0x08;P0=led[dis[3]];delay(200);delay(200);}void clr_alarm(void){voice=0;light=1;}void set_alarm(void){voice=1;light=0;}void alarm(int temp){//if(flag==0)// {if(temp>1500){set_alarm();}else{voice=0;light=1;}// }}void Timer() interrupt 1 { static uchar numval=20; TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256; numval--;if(numval==0){numval=20;second++;if(second==60){second=0;minute++;if(minute==60){minute=0;hour++;if(hour==24)hour=0;}}str2[0]=hour/10;str2[1]=hour%10;str2[3]=minute/10;str2[4]=minute%10;str2[6]=second/10;str2[7]=second%10;}}void Write_7221(uchar com,uchar da){uchar temp,i,j;cs=0; //片选有效clk=0; //时钟低for (i=0;i<8;i++) //发送显示位置{temp=com;if ((temp&(0x80>>i))!=0) //先发高位依次到低位din=1;else din=0;clk=1; //时钟高上升沿锁数据 for (j=0;j<5;j++);clk=0;}for (i=0;i<8;i++) //发送数据{temp=da;if ((temp&(0x80>>i))!=0) //先发高位依次到低位din=1;else din=0;clk=1;for (j=0;j<5;j++);clk=0;}cs=1;}/***************MAX7221初始化*****************/void Init_MAX7221(void){Write_7221(0x0c,0x01); //正常工作状态,关断模式Write_7221(0x09,0x00); //译码选择，非BCD码Write_7221(0x0a,0x0f); //亮度调节 Write_7221(0x0b,0x07); //显示位数 }void keyscan1(void){ if(key_rst==0){hour=0;minute=0;second=0;}}void keyscan2(){ if(key_min==0){ while(!key_min );minute++;if(minute==60){ minute=0; }}}void keyscan3(){ if(key_hour==0){ while(!key_hour);hour++;if(hour==24){ hour=0; }}}main(){unsigned char tl=0,th=0;clr_alarm();Init_MAX7221();hour=22;minute=33;second=2;TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;while(1){Write_7221(0x01,dispcode[str2[0]]);Write_7221(0x02,dispcode[str2[1]]);Write_7221(0x03,0x01);Write_7221(0x04,dispcode[str2[3]]);Write_7221(0x05,dispcode[str2[4]]);Write_7221(0x06,0x01);Write_7221(0x07,dispcode[str2[6]]);Write_7221(0x08,dispcode[str2[7]]);keyscan1();keyscan2();keyscan3();Init();Write(0xCC); // 跳过读序号列号的操作Write(0x44); // 启动温度转换delay(100);Init();Write(0xCC); //跳过读序号列号的操作Write(0xBE); //读取温度寄存器等delay(100);tl=Read(); //读取温度值低位th=Read(); //读取温度值高位temp=th<<8;temp|=tl;Display(temp);alarm(temp);}}六、参考文献[1]阎石.数字电子技术基础（第三版）.北京：高等教育出版社，1989[2]方佩敏编著.新编传感器原理·应用·电路详解[M].北京:电子工业出版社,1993[3]李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.杭州：北京航空航天大学出版社，1998[4]周明德, 蒋本珊, 微机原理与接口技术（第二版）[M].北京:人民邮电出版社,2007,1-103。