基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)及顯示

機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)在經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的今天，已被廣泛應(yīng)用于人類生活中，如工業(yè)控制、自動(dòng)檢測(cè)、智能儀器儀表、家用電器、等各個(gè)方面。而主控制器是每個(gè)控制系統(tǒng)不可或缺的部分，正因?yàn)閱纹瑱C(jī)有體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，靈活性好，開(kāi)發(fā)較為容易等優(yōu)點(diǎn)，所以它是很多設(shè)計(jì)人員的首選控制器。而在人們的日常生活或工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常要對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)及控制。在許多場(chǎng)合器材設(shè)備對(duì)溫度的要求非常高，而傳統(tǒng)的溫度計(jì)反應(yīng)速度慢、讀數(shù)麻煩、測(cè)量精度不高、誤差大，所以需要設(shè)計(jì)一種高精度的溫度計(jì)。為了在很大程度上提高對(duì)溫度的控制水平，因此以單片機(jī)為核心的溫度采集與控制系統(tǒng)很有用研發(fā)和應(yīng)用意義。本文研究了一個(gè)可以實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和顯示當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)，并且可以切換顯示當(dāng)前的時(shí)間而且可對(duì)其時(shí)間進(jìn)行修改的溫度顯示系統(tǒng)。文章以STC89C52單片機(jī)，DS18B20溫度傳感器以及DS1302時(shí)鐘芯為硬件基礎(chǔ)，主要介紹了相關(guān)的硬件電路和相關(guān)應(yīng)用程序。硬件電路主要包括STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)，測(cè)溫電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、數(shù)碼管顯示電路以及通訊模塊電路等。系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，計(jì)算溫度子程序、數(shù)碼管顯示程序以及按鍵控制程序等。

　　一、溫度顯示系統(tǒng)總設(shè)計(jì)原理

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框架如圖1.

　　1.控制模塊：通過(guò)應(yīng)用單片機(jī)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，主要完成對(duì)數(shù)碼管顯示、按鍵的處理等功能，起到總體控制和協(xié)調(diào)各模塊工作的作用。

　　2.盤(pán)輸入模塊：主要完成與時(shí)間相關(guān)的設(shè)置和溫度、時(shí)間、日期的切換。

　　3.碼管顯示模塊：主要對(duì)單片機(jī)送來(lái)的時(shí)間、日期、溫度信息進(jìn)行顯示。

　　4 .度采集模塊：采用D S 1 8 B 2 0溫度傳感器，向單片機(jī)提供實(shí)時(shí)溫度信息。

　　5.子鐘模塊：采用時(shí)鐘芯片DS1302,該芯片可以進(jìn)行時(shí)、分、秒的計(jì)數(shù)，DS1302通過(guò)串行方式與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，向單片機(jī)提供包括秒、分、時(shí)、日、月、年等在內(nèi)的實(shí)時(shí)時(shí)間信息。

　　二、各模塊實(shí)現(xiàn)

　　1.主控制模塊

　　在文章設(shè)計(jì)的溫度顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，控制核心是STC89C52單片機(jī)，該單片機(jī)51系列增強(qiáng)型8位單片機(jī)，它有32個(gè)I/O口，片內(nèi)含4KFLASH工藝的程序存儲(chǔ)器，便于用電的方式瞬間擦除和改寫(xiě)，而且價(jià)格便宜，其外部晶振為12MHz,一個(gè)指令周期為1μS.使用該單片機(jī)完全可以完成設(shè)計(jì)任務(wù)，其最小系統(tǒng)主要包括：

　　位電路、震蕩電路以及存儲(chǔ)器選擇模（EA腳的高低電平選擇），電路如圖2.

　　2.鍵盤(pán)輸入模塊

　　鍵盤(pán)輸入模塊（見(jiàn)圖3）上“0”、“4”、“8”、“C”可以配置成獨(dú)立按鍵，通過(guò)跳帽J11切換，在獨(dú)立按鍵中，應(yīng)該把跳帽接到左端。

　　功能介紹：本文中，P3.0-P3.3四個(gè)獨(dú)立按鍵分別時(shí)間調(diào)整按鍵、功能加減、日歷切換按鍵、溫度切換按鍵。當(dāng)P3.0（set）按下系統(tǒng)進(jìn)入時(shí)調(diào)整狀態(tài)：分單元閃爍，再按下P3.1（up）時(shí)，對(duì)顯示的數(shù)碼管的時(shí)段進(jìn)行加一功能，達(dá)到對(duì)時(shí)調(diào)整，再次按下P3.0（set）時(shí)進(jìn)入分鐘調(diào)整狀態(tài)，分單元閃爍，通過(guò)按鍵P3.1（up）加一調(diào)整分的顯示，秒不進(jìn)行調(diào)整，時(shí)間調(diào)整結(jié)束后，再次按下P3.0（set）進(jìn)入正常時(shí)鐘顯示；當(dāng)按下P3.2（switchriqi）時(shí)，切換到日歷的顯示；當(dāng)按下P3.3（setwendu）時(shí)，切換到溫度的顯示。

　　3.數(shù)碼管顯示模塊

　　顯示原理：因?yàn)樗形粩?shù)碼管的段選線被并聯(lián)在一起，位選線控制哪一位數(shù)碼管有效的有效，所以就需要為每一位數(shù)碼管配一個(gè)鎖存器，進(jìn)而簡(jiǎn)化了硬件電路。點(diǎn)亮數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。所謂動(dòng)態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺(jué)殘留作用，使人感覺(jué)到各位數(shù)碼管似乎同時(shí)在顯示。由于動(dòng)態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時(shí)應(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路中的限流電阻。數(shù)碼顯示模塊電路見(jiàn)圖4.

　　4.溫度采集部分

　　文章采用一線制數(shù)字溫度傳感器DS18B20.

　　傳感器輸出信號(hào)進(jìn)4.7K的上拉電阻直接接到單片機(jī)的P1.0引腳上。該器件將半導(dǎo)體溫敏器件、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器等做在一個(gè)很小的集成電路芯片上。在本設(shè)計(jì)中采用外部供電方式實(shí)現(xiàn)DS18B20傳感器與單片機(jī)的連接，其接口電路下如圖5所示。

　　工作原理：溫度以16bit帶符號(hào)位擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式讀出，下表給出了溫度值和輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系。程序中需將16進(jìn)制溫度值轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制，再轉(zhuǎn)化為數(shù)碼管顯示需要的段碼表數(shù)據(jù)格式。

　　5.電子鐘模塊

　　采用時(shí)鐘芯片DS1302,該芯片可以進(jìn)行時(shí)、分、秒的計(jì)數(shù)，DS1302通過(guò)串行方式與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，向單片機(jī)提供包括秒、分、時(shí)、日、月、年等在內(nèi)的實(shí)時(shí)時(shí)間信息。

　　DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，DS1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對(duì)某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄上，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄，因此廣泛應(yīng)用于測(cè)量系統(tǒng)中。讀寫(xiě)時(shí)序說(shuō)明：

　　DS1302是SPI總線驅(qū)動(dòng)方式。它不僅要向寄存器寫(xiě)入控制字，還需要讀取相應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)。要想與DS1302通信，首先要先了解DS1302的控制字。DS1302的控制字如圖6.

　　控制字的最高有效位（位7）必須是邏輯1,如果它為0,則不能把數(shù)據(jù)寫(xiě)入到DS1302中。

　　位6:如果為0,則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)；位5至位1（A4~A0）：指示操作單元的地址；位0（最低有效位）：如為0,表示要進(jìn)行寫(xiě)操作，為1表示進(jìn)行讀操作。

　　重要位：

　　秒寄存器時(shí)鐘停止位CH=0,振蕩器工作允許；CH=1,振蕩器停止。

　　控制寄存器寫(xiě)保護(hù)位WP=0,允許寫(xiě)入；WP=1,禁止寫(xiě)入外部引腳分配（如圖7所示）。

　　三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)總流程圖（如圖8所示）。

　　四、結(jié)果顯示

　?。?）時(shí)間顯示如圖9.

　?。?）按下“0”鍵時(shí)分設(shè)置，時(shí)分閃爍等待設(shè)置。

　?。?）按下“4”鍵時(shí)或分加一，按“0”確認(rèn)。

　?。?）按下“A”鍵顯示溫度，如圖10.

　　（5）按下“8”鍵顯示日期，如圖11.