简易数字温度计设计

目录摘要 (1)１系统设计 (1)1.1设计任务 (1)1.2设计要求 (1)2系统方案论证 (1)2.1主控模块的论证与选择 (1)2.2显示模块的论证与选择 (2)2.3按键模块的论证与选择 (2)3系统理论分析与计算 (2)3.1 DS18B20的理论分析与计算 (2)4电路与程序设计 (3)4.1电路的设计 (3)4.2程序的设计 (6)5测试方案与测试数据 (7)5.1测试方案 (7)5.2 测试条件与仪器 (8)5.3 测试结果 (8)6 总结 (8)附录主要源程序 (9)摘要：本系统利用单片机AT89C52采用程序设计方法来测试温度，还可以通过两个按键设置温度报警上限，当测试温度超过设定的温度上限时，蜂鸣器器就会报警且绿灯关闭，红灯点亮；当温度低于上限时蜂鸣器关闭且红灯关闭，绿灯点亮。

并通过液晶屏1602显示其测试温度以及设置的上限温度。

关键词：STC89C52、LCD1602、DS18B20简易数字温度计设计１系统设计1.1设计任务设计一数字温度测量系统，能自动实现实际温度的测量与显示。

1.2设计要求1.2.1基本功能（1）测温范围-30℃～+120℃。

（2）测量误差在±0.5℃之内。

（3）能正常显示测量的温度。

1.2.2扩展功能（1）增加温控功能，并可修改设置温控的上下限。

（2）增加温控报警功能。

2系统方案论证本系统主要由主控模块、显示模块、按键模块、蜂鸣器模块、LED模块、传感器模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。

2.1主控模块的论证与选择方案一：AT89C52单片机是一种高性能8位单片微型计算机。

内核本身具有丰富的指令集，足够实现本次作品的全部基本功能和部分拓展功能，相比Atmega16我们对AT89C52更为熟悉，且芯片价格较低，性价比高。

方案二：采用ATmega16芯片作为主控芯片。

由于对芯片的不熟悉，导致如果想要实现温度计全部基本功能和部分拓展功能，较为困难。

综上所述，选择方案一。

2.2显示模块的论证与选择方案一：采用LCD1602显示。

LCD1602相对便宜，虽然其本身不能显示中文，但是温度计只需显示数字和一些英文，符合这次设计要求。

方案二：采用LCD12864显示。

LCD12864屏幕显示细腻直观，且可以显示中文，但是相对昂贵。

综上所述，选择方案一。

2.3按键模块的论证与选择方案一：采用4X4矩阵按键。

尽管按键一目了然，但连线复杂，扫描过程烦琐，会耗费大量的系统资源。

方案二：独立按键，我们只使用了两个按键来调节上限，大大节省了系统硬件资源，便于系统扩展。

综上所述，选择方案二。

3系统理论分析与计算3.1 DS18B20的理论分析与计算DS18B20 通过编程，可以实现最高 12 位的温度存储值，在寄存器中，以补码的格式存储，如图1所示。

图1 DS18B20 温度数据格式寄存器一共 2 个字节，LSB 是低字节，MSB 是高字节，其中 MSb 是字节的高位，LSb 是字节的低位。

大家可以看出来，二进制数字，每一位代表的温度的含义，都表示出来了。

其中 S表示的是符号位，低 11 位都是 2 的幂，用来表示最终的温度。

DS18B20 的温度测量范围是从-55 度到+125 度，而温度数据的表现形式，有正负温度，寄存器中每个数字如同卡尺的刻度一样分布，如图 2所示。

图2 DS18B20 温度值二进制数字最低位变化 1，代表温度变化 0.0625 度的映射关系。

当 0 度的时候，那就是0x0000，当温度 125 度的时候，对应十六进制是 0x07D0，当温度是零下 55 度的时候，对应的数字是 0xFC90。

反过来说，当数字是 0x0001 的时候，那温度就是 0.0625 度了。

4电路与程序设计4.1电路的设计4.1.1系统总体框图系统总体框图如图3所示图3 系统总体框图4.1.2控制按键&LED电路按下S1能增加温度报警上限，按下S2能减少温度报警上限。

测试温度低于上限时，绿灯LED1亮。

当温度超过设定的上限时，红灯LED2亮。

图4 控制按键&LED4.1.3蜂鸣器电路当测试温度超过设定温度时，蜂鸣器开启；当测试温度低于设定温度时，蜂鸣器关闭。

蜂鸣器电流相对较大，因此需要用三极管驱动，并且加了一个 1K欧的电阻作为限流电阻。

此外还加了一个 D1二极管，这个二极管叫做续流二极管。

图5 蜂鸣器电路显示电路使用LCD1602,第一行显示”Temperature”第二行显示测试温度和温度上限，两者中间显示一个”＞”或”＜”。

RP1为上拉排阻。

图6 显示电路4.1.5传感器电路图7 传感器电路图8 整体电路4.1.7电源使用5V直流电源。

4.2程序的设计4.2.1程序功能描述（1）能够测试-30℃～+120℃的温度。

（2）按下S1能增加温度报警上限，按下S2能减少温度报警上限。

（3）测试温度低于上限时，绿灯亮，蜂鸣器关闭。

当温度超过设定的上限时，红灯亮且蜂鸣器响起。

4.2.2程序流程图图9 程序流程图5测试方案与测试数据5.1测试方案5.1.1软件仿真测试用Proteus 7.5软件画出电路图，模拟硬件对程序进行调试。

5.1.2硬件软件联调将编写的单片机C语言程序下载到实际硬件中，进行硬件软件联调。

5.2 测试条件与仪器测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。

测试仪器：数字示波器，数字万用表。

5.3 测试结果系统上电运行后，LCD能正常显示测试温度且绿灯点亮，测试温度每秒更新。

按下S1能使报警温度上限 +1，按下S2能使报警温度上限-1。

当测试温度超过上限温度时，绿灯关闭，红灯点亮且蜂鸣器开启；当测试温度低于上限温度时，红灯关闭，绿灯点亮且蜂鸣器关闭。

6 总结本系统以单片机STC89C52芯片为核心部件，利用LCD1602、独立按键、蜂鸣器、DS18B20并配合C语言算法实现了简易数字温度计设计，完成此次设计题目中的全部基本功能和部分拓展功能。

在系统设计过程中，力求硬件线路简单，充分发挥软件编程方便灵活的特点，来满足系统设计要求。

在本次设计的过程中，遇到了许多突发事件和困难，设计制作曾一度止步不前，但通过仔细分析和调整后解决了一个又一个的问题。

在整个过程中我们深刻的体会到团队精神的重要性，并提高了自己解决问题的能力。

附录主要源程序main程序:#include <reg52.h>sbit KEY1 = P1^0; // 上调报警温度sbit KEY2 = P1^1; // 下调报警温度sbit LED1 = P1^2; // 正常时绿灯亮sbit LED2 = P1^3; // 报警时红灯亮sbit BUZZ = P1^6;bit enBuzz = 0; //蜂鸣器使能标志bit flag1s = 0; //1s定时标志unsigned int warnT = 30; //报警温度值unsigned char T0RH = 0; //T0重载值的高字节unsigned char T0RL = 0; //T0重载值的低字节void ConfigTimer0(unsigned int ms);unsigned char IntToString(unsigned char *str, int dat);extern bit Start18B20();extern bit Get18B20Temp(int *temp);extern void InitLcd1602();extern void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *str); extern void LcdWriteCmd(unsigned char cmd);void main(){bit res;bit backup = 1;int temp; //读取到的当前温度值int intT, decT; //温度值的整数和小数部分unsigned char len,len1;unsigned char str[12],str1[12];EA = 1; //开总中断P1 = 0XF3;ConfigTimer0(1); //T0定时1msStart18B20(); //启动DS18B20InitLcd1602(); //初始化液晶while (1){if (flag1s) //每秒更新一次温度{flag1s = 0;res = Get18B20Temp(&temp); //读取当前温度if (res) //读取成功时，刷新当前温度显示{intT = temp >> 4; //分离出温度值整数部分decT = temp & 0xF; //分离出温度值小数部分len = IntToString(str, intT); //整数部分转换为字符串len1 = IntToString(str1, warnT); //报警温度转换为字符串str[len++] = '.'; //添加小数点decT = (decT*10) / 16; //二进制的小数部分转换为1//位十进制位str[len++] = decT + '0'; //十进制小数位再转换为//ASCII字符str[len++] = 0xdf; //添加字符串“℃”str[len++] = 'C';str[len++] = ' ';str[len] = '\0'; //添加字符串结束符str1[len1++] = 0xdf; //添加字符串“℃”str1[len1++] = 'C';str1[len1] = '\0'; //添加字符串结束符if (intT < warnT) //超过报警温度时执行报警{enBuzz = 0; //关闭蜂鸣器LcdWriteCmd(0x01); //清屏LcdShowStr(2, 0, "Temperature"); //显示第一行LcdShowStr(2, 1, str); //显示实时温度LcdShowStr(9, 1, "<");LcdShowStr(11, 1, str1); //显示报警温度}else{enBuzz = 1; //启动蜂鸣器发声LcdWriteCmd(0x01); //清屏LcdShowStr(4, 0, "Warning!"); //显示警告LcdShowStr(0, 1, "Temp:");LcdShowStr(5, 1, str); //显示实时温度LcdShowStr(11, 1, ">");LcdShowStr(12, 1, str1); //显示报警温度}}else //读取失败时，提示错误信息{LcdShowStr(4, 1, "error!");}Start18B20(); //重新启动下一次转换}}}/* 按键动作函数*/void KeyAction (){if (KEY1 == 0){KEY1 = 1;warnT++;}else if (KEY2 == 0){KEY2 = 1;warnT--;}}/* 整型数转换为字符串，str-字符串指针，dat-待转换数，返回值-字符串长度*/ unsigned char IntToString(unsigned char *str, int dat){signed char i = 0;unsigned char len = 0;unsigned char buf[6];if (dat < 0) //如果为负数，首先取绝对值，并在指针上添加负号{dat = -dat;*str++ = '-';len++;}do { //先转换为低位在前的十进制数组buf[i++] = dat % 10;dat /= 10;} while (dat > 0);len += i; //i最后的值就是有效字符的个数while (i-- > 0) //将数组值转换为ASCII码反向拷贝到接收指针上{*str++ = buf[i] + '0';}*str = '\0'; //添加字符串结束符return len; //返回字符串长度}/* 配置并启动T0，ms-T0定时时间*/void ConfigTimer0(unsigned int ms){unsigned long tmp; //临时变量tmp = 11059200 / 12; //定时器计数频率tmp = (tmp * ms) / 1000; //计算所需的计数值tmp = 65536 - tmp; //计算定时器重载值tmp = tmp + 28; //补偿中断响应延时造成的误差T0RH = (unsigned char)(tmp>>8); //定时器重载值拆分为高低字节T0RL = (unsigned char)tmp;TMOD &= 0xF0; //清零T0的控制位TMOD |= 0x01; //配置T0为模式1TH0 = T0RH; //加载T0重载值TL0 = T0RL;ET0 = 1; //使能T0中断TR0 = 1; //启动T0}/* T0中断服务函数，完成250ms, 1s定时*/void InterruptTimer0() interrupt 1{static unsigned int tmr1s = 0;static unsigned int tmrms = 0;TH0 = T0RH; //重新加载重载值TL0 = T0RL;if (enBuzz) //蜂鸣器发声处理{BUZZ = ~BUZZ; //启动蜂鸣器发声LED1 = 0;LED2 = 1;}else{BUZZ = 1; //关闭蜂鸣器LED1 = 1;LED2 = 0;}tmr1s++;tmrms++;if (tmrms >= 250) //延时250ms{tmrms = 0;KeyAction ();}if (tmr1s >= 1000) //定时1s{tmr1s = 0;flag1s = 1;}}DS18B20程序：#include <reg52.h>#include <intrins.h>sbit IO_18B20 = P3^2; //DS18B20通信引脚/* 软件延时函数，延时时间(t*10)us */ void DelayX10us(unsigned char t){do {_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();} while (--t);}bit Get18B20Ack(){bit ack;EA = 0;IO_18B20 = 0;DelayX10us(50);IO_18B20 = 1;DelayX10us(6);ack = IO_18B20;while(!IO_18B20);EA = 1;return ack;}void Write18B20(unsigned char dat) {unsigned char mask;EA = 0;for(mask=0x01; mask!= 0; mask<<=1) {IO_18B20 = 0;_nop_();_nop_();if((mask&dat) == 0)IO_18B20 = 0;elseIO_18B20 = 1;DelayX10us(6);IO_18B20 = 1;}EA = 1;}unsigned char Read18B20(){unsigned char dat;unsigned char mask;EA = 0;for(mask=0x01; mask!=0; mask<<=1){IO_18B20 = 0;_nop_();_nop_();IO_18B20 = 1;_nop_();_nop_();if(!IO_18B20)dat &= ~mask;elsedat |= mask;DelayX10us(6);}EA = 1;return dat;}bit Start18B20(){bit ack;ack = Get18B20Ack();if(ack == 0){Write18B20(0xCC);Write18B20(0x44);}return ~ack;}bit Get18B20Temp(int *temp){bit ack;unsigned char LSB, MSB;ack = Get18B20Ack();if(ack == 0){Write18B20(0xCC);Write18B20(0xBE);LSB = Read18B20();MSB = Read18B20();*temp = ((int)MSB<<8) + LSB;}return ~ack;}LCD1602程序：#include <reg52.h>#define LCD1602_DB P0sbit LCD1602_RS = P2^0;sbit LCD1602_RW = P2^1;sbit LCD1602_E = P2^2;/* 等待液晶准备好*/void LcdWaitReady()unsigned char sta;LCD1602_DB = 0xFF;LCD1602_RS = 0;LCD1602_RW = 1;do {LCD1602_E = 1;sta = LCD1602_DB; //读取状态字LCD1602_E = 0;} while (sta & 0x80); //bit7等于1表示液晶正忙，重复检测直到其等于0为止}/* 向LCD1602液晶写入一字节命令，cmd-待写入命令值*/void LcdWriteCmd(unsigned char cmd){LcdWaitReady();LCD1602_RS = 0;LCD1602_RW = 0;LCD1602_DB = cmd;LCD1602_E = 1;LCD1602_E = 0;}/* 向LCD1602液晶写入一字节数据，dat-待写入数据值*/void LcdWriteDat(unsigned char dat){LcdWaitReady();LCD1602_RS = 1;LCD1602_RW = 0;LCD1602_DB = dat;LCD1602_E = 1;LCD1602_E = 0;}/* 设置显示RAM起始地址，亦即光标位置，(x,y)-对应屏幕上的字符坐标*/ void LcdSetCursor(unsigned char x, unsigned char y){unsigned char addr;if (y == 0) //由输入的屏幕坐标计算显示RAM的地址addr = 0x00 + x; //第一行字符地址从0x00起始elseaddr = 0x40 + x; //第二行字符地址从0x40起始LcdWriteCmd(addr | 0x80); //设置RAM地址}/* 在液晶上显示字符串，(x,y)-对应屏幕上的起始坐标，str-字符串指针*/ void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *str){LcdSetCursor(x, y); //设置起始地址while (*str != '\0') //连续写入字符串数据，直到检测到结束符{LcdWriteDat(*str++);}}/* 初始化1602液晶*/void InitLcd1602(){LcdWriteCmd(0x38); //16*2显示，5*7点阵，8位数据接口LcdWriteCmd(0x0C); //显示器开，光标关闭LcdWriteCmd(0x06); //文字不动，地址自动+1LcdWriteCmd(0x01); //清屏}。