一、設(shè)計要求1.1基本要求實現(xiàn)實時溫度顯示，測溫范圍0～500C，誤差50C以內(nèi)。1.2擴展功能溫度報警，能任意設(shè)定溫度范圍實現(xiàn)聲光報警；每隔10分鐘記錄一次溫度數(shù)據(jù)，至少能查詢過去10個時刻的溫度情況。二、總體方案設(shè)計2.1方案論證2.1.1方案一 由于本設(shè)計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件，將隨被測溫度變化的電壓或電流采樣，進行A/D轉(zhuǎn)換后就可以用單片機進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)溫度顯示。這種設(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，增大了電路的復(fù)雜性，而且要做到高精度也比較困難。2.1.2方案二 考慮到在單片機屬于數(shù)字系統(tǒng)，容易想到數(shù)字溫度傳感器，可選用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，此傳感器為單總線數(shù)字溫度傳感器，起體積小、構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，它可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號給單片機處理，即可實現(xiàn)溫度顯示。另外DS18B20具有3引腳的小體積封裝，測溫范圍為-55~+125攝氏度，測溫分辨率可達0.0625攝氏度，其測量范圍與精度都能符合設(shè)計要求。 以上兩種方案相比較，第二種方案的電路、軟件設(shè)計更簡單，此方案設(shè)計的系統(tǒng)在功耗、測量精度、范圍等方面都能很好地達到要求，故本設(shè)計采用方案二。2.2總體設(shè)計框圖 本方案設(shè)計的系統(tǒng)由單片機系統(tǒng)、數(shù)字溫度傳感器、LED顯示模塊、按鍵控制模塊、溫度報警模塊組成，其總體架構(gòu)如下圖1。單片機報警電路顯示電路驅(qū)動電路測溫電路按鍵輸入電路時鐘、復(fù)位電路單片機報警電路顯示電路驅(qū)動電路測溫電路按鍵輸入電路時鐘、復(fù)位電路 圖1系統(tǒng)總體方框圖三、硬件設(shè)計3.1單片機系統(tǒng)本設(shè)計采用STC89C52單片機作為控制器，完成所有功能的控制，包括：DS18B20數(shù)字溫度傳感器的初始化和讀取溫度值LED數(shù)碼管顯示驅(qū)動與控制按鍵識別和響應(yīng)控制溫度設(shè)置和報警溫度值的存儲和讀取單片機系統(tǒng)電路原理圖：圖2單片機系統(tǒng)原理圖3.2數(shù)字溫度傳感器模塊3.2.1DS18B20性能獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通信簡單的多點分布應(yīng)用無需外部器件可通過數(shù)據(jù)線供電零待機功耗測溫范圍-55~+125℃，以0.5℃遞增可編程的分辨率為9~12位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時間200ms，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字應(yīng)用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費品、溫度計和任何熱感測系統(tǒng)負壓特性：電源極性接反時，傳感器不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作3.2.2DS18B20外形及引腳說明圖3DS18B20外形及引腳GND：地DQ：單線運用的數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳VD：可選的電源引腳3.2.3DS18B20接線原理圖單總線通常要求接一個約4.7K左右的上拉電阻，這樣，當總線空閑時，其狀態(tài)為高電平。圖4DS18B20接線原理圖3.2.4DS18B20時序圖 主機使用時間隙來讀寫DS18B20的數(shù)據(jù)位和寫命令字的位。初始化時序如下圖：圖5DS18B20初始化時序DS18B20讀寫時序：圖6DS18B20讀寫時序3.2.5數(shù)據(jù)處理 高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配如表5所示。當溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后。圖7字節(jié)分配下表為12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，實際溫度=07D0H*0.0625=2000*0.0625=125℃。例如-55℃的數(shù)字輸出為FC90H，則應(yīng)先將11位數(shù)據(jù)位取反加1得370H（符號位不變，也不作運算）， 實際溫度=370H*0.0625=880*0.0625=55℃?？梢娖渲械退奈粸樾?shù)位。 圖8DS18B20溫度數(shù)據(jù)表3.3顯示電路 LED數(shù)碼管顯示采用動態(tài)掃描方式，能簡化電路布線，節(jié)約單片機I/O端口。段碼和位碼由單片機P0送出，分別用74HC673N鎖存。圖9數(shù)碼管驅(qū)動顯示電路

3.4聲光報警電路 當溫度超過設(shè)定溫度值時，實現(xiàn)聲光報警，蜂鳴器鳴叫、8個發(fā)光二極管點亮。蜂鳴器由單片機P2^3口控制，用三極管驅(qū)動，發(fā)光二極管接單片機P1口，由74HC673N鎖存。圖10聲光報警電路3.5鍵盤輸入電路 四個鍵分別連接單片機P3^4、P3^5、P3^6、P3^7構(gòu)成獨立式鍵盤，分別實現(xiàn)報警溫度范圍上下限的設(shè)定功能。圖11鍵盤輸入電路四、軟件設(shè)計4.1主程序模塊 主程序需要調(diào)用3個子程序，分別為：實時溫度顯示子程序：驅(qū)動數(shù)碼管把實時溫度值送出在LED數(shù)碼管顯示查詢記錄溫度值子程序：查詢過去存儲的溫度值，最多可查詢10個值溫度設(shè)定、報警子程序：設(shè)定報警溫度值，當溫度超過該值時產(chǎn)生報警，即驅(qū)動蜂鳴器鳴叫、8個發(fā)光二極管發(fā)光主程序流程圖：開始開始定時器初始化、啟動定時器初始化、啟動顯示實時溫度顯示實時溫度溫度設(shè)定、報警溫度設(shè)定、報警 查詢記錄溫度值查詢記錄溫度值 圖12主程序流程圖4.2讀溫度值模塊 讀溫度值模塊需要調(diào)用4個子程序，分別為：DS18B20初始化子程序：讓單片機知道DS18B20在總線上且已準備好操作DS18B20寫字節(jié)子程序：對DS18B20發(fā)出命令DS18B20讀字節(jié)子程序：讀取DS18B20存儲器的數(shù)據(jù)延時子程序：對DS18B20操作時的時序控制讀溫度值模塊流程圖：入口入口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理讀取溫度值高低位跳過讀序列號DS18B20初始化延時啟動溫度轉(zhuǎn)換跳過讀序列號DS18B20初始化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理讀取溫度值高低位跳過讀序列號DS18B20初始化延時啟動溫度轉(zhuǎn)換跳過讀序列號DS18B20初始化返回 返回 圖13讀溫度值子程序流程圖DS18B20初始化子程序流程圖：入口入口DQ為低電平？延時15~60msDQ拉高電平延時>480msDQ復(fù)位0稍延時DQ置高電平DQ為低電平？延時15~60msDQ拉高電平延時>480msDQ復(fù)位0稍延時DQ置高電平 N返回Y返回 圖14DS18B20初始化子程序流程圖DS18B20寫字節(jié)和讀字節(jié)子程序流程圖： 圖15DS18B20寫字節(jié)子程序流程圖 圖16DS18B20讀字節(jié)子程序流程圖4.3中斷模塊 中斷采用T0方式1，初始值定時為50ms。中斷模塊需調(diào)用兩個子程序：讀溫度值子程序：定時讀取溫度值，實時更新溫度值記錄溫度值子程序：定時記錄溫度值，供查詢使用把這兩個子程序放在中斷的原因是，不會因為調(diào)整報警溫度或查詢歷史溫度值而停止更新溫度值和記錄溫度值。中斷模塊流程圖：1秒？計數(shù)值加1定時器重置初值中斷入口1秒？計數(shù)值加1定時器重置初值中斷入口讀溫度值 Y讀溫度值中斷返回記錄溫度值N中斷返回記錄溫度值 圖17中斷模塊流程圖4.4溫度查詢模塊 溫度查詢模塊需要接受按鍵輸入，進入查詢界面后，按加減鍵分別查詢上一個和下一個歷史溫度值，并驅(qū)動數(shù)碼管顯示需要查詢的溫度值。 溫度查詢模塊流程圖如下：入口入口功能鍵按下？功能鍵按下？ N確認按下？延時消抖Y確認按下？延時消抖 N 顯示溫度值與位次Y顯示溫度值與位次 加鍵按下？ N加鍵按下？確認按下？延時消抖Y確認按下？延時消抖查詢下一個值查詢下一個值 Y 減鍵按下？N減鍵按下？ N查詢上一個值確認按下？延時消抖Y查詢上一個值確認按下？延時消抖 Y退出功能鍵按下？N退出功能鍵按下？ N返回Y返回 圖18溫度查詢模塊流程圖4.5溫度設(shè)定、報警模塊 此模塊跟溫度查詢模塊類似，需要接受按鍵輸入，進入模塊界面后，按加減鍵分別上調(diào)和下調(diào)設(shè)定報警溫度值，當實時溫度值超過設(shè)定值時驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲，并點亮8位發(fā)光二極管，實現(xiàn)聲光報警。 溫度設(shè)定、報警模塊流程圖如下：入口延時消抖減鍵按下？確認按下？延時消抖加鍵按下？顯示設(shè)定溫度值確認按下？延時消抖功能鍵按下？入口延時消抖減鍵按下？確認按下？延時消抖加鍵按下？顯示設(shè)定溫度值確認按下？延時消抖功能鍵按下？ NY NY NY上調(diào)設(shè)定值 Y上調(diào)設(shè)定值N NY下調(diào)設(shè)定值確認按下？下調(diào)設(shè)定值確認按下？ Y N聲光報警溫度超出設(shè)定值？ Y聲光報警溫度超出設(shè)定值？ N取消報警取消報警判斷退出界面？ N判斷退出界面？Y返回返回圖19溫度設(shè)定、報警模塊流程圖4.6數(shù)碼管驅(qū)動模塊 本設(shè)計數(shù)碼管通過鎖存器接單片機P0口，采用動態(tài)掃描驅(qū)動7段LED數(shù)碼管進行顯示，需調(diào)用延時子程序以穩(wěn)定顯示。 模塊流程圖如下：P0清零關(guān)位選送位碼開位選P0置高關(guān)段選入口P0清零關(guān)位選送位碼開位選P0置高關(guān)段選入口 開段選開段選 延時關(guān)段選送段碼延時關(guān)段選送段碼 返回返回圖20數(shù)碼管驅(qū)動模塊流程圖五、總結(jié) 此次課程設(shè)計中，難點在于DS18B20的使用，即對它的時序控制、初始化以及字節(jié)讀寫方法，任何一個環(huán)節(jié)出錯或是時序控制不到位的話就不能得到正確的數(shù)據(jù)。一旦學(xué)會了正確的使用方法，就能感覺到它帶來的便利是熱電偶不能比擬的，以后再次使用的話就能很快上手了。 軟件設(shè)計中，把程序按功能分模塊的話能提高編程效率，把問題一一解決，同時畫流程圖能幫助理清思路，使問題簡單化。定義變量時，盡量定義局部變量，在字符型變量能達到要求的情況下就不用定義成整形變量了，以節(jié)省內(nèi)存空間。同時局部變量應(yīng)避免與全局變量取同名，否則全局變量將被屏蔽或與局部變量相沖突而達不到設(shè)計的效果。另一方面，取變量名時也要講究技巧，應(yīng)盡量使其見名知意，同樣地，寫程序時加注釋確是非常必要的，否則隔一段時間后，想再改進或做擴展的話就比較困難了，因為即使是自己寫的程序也變得難讀難懂了。在做鍵盤消抖時，延時的時間比較重要，一般為10ms左右，延時太短就會使按鍵太過靈敏，按一下就使數(shù)字跳變幾次；而延時過長則可能使按鍵按下了卻無響應(yīng)，在外部定義初始化一個延時函數(shù)的入口參量則能很方便地調(diào)整延時時間，以達到比較好的效果。另外，如果對按鍵進行釋放判斷的話就能解決長時間按鍵導(dǎo)致按鍵重復(fù)響應(yīng)的問題。 此設(shè)計中沒有為溫度的單位（攝氏度）準備專用的數(shù)碼管來顯示，若單獨用一個數(shù)碼管顯示“C”來代替“℃”的話，看起來感覺很別扭。偶然想起如若用一個數(shù)碼管的上半部顯“0”，即a、b、f、g段點亮，來代替“℃”左上角的“度”的話，效果應(yīng)該不錯，便作了一試，發(fā)現(xiàn)這是確是一個很好的主意，便在此次設(shè)計中采用了這個辦法來顯示溫度單位。另外此次設(shè)計也考慮了實時溫度顯示界面與報警溫度設(shè)置界面的區(qū)別，即在進入報警溫度設(shè)置界