数字温度计的设计

一．任务及功能要求

设计制作一个数字温度计，该温度计要求测温范围在-30℃~110℃，误差在±0.5℃以内，用LED数码管直读显示。

二．方案论证

    传统的测温元件有热电偶和热电阻，而它们测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持，电路复杂，软件调试复杂，制作成本高。所以我们改用一种智能传感器DS18B20作为检测元件，测温范围-55℃~125℃，分辨率最大可达0.0625℃。DS18B20可以直接读出被测温度值。而且采用3线制与单片机相连，减少了外部硬件电路，具有低成本和易使用的特点。

三．系统硬件电路设计

系统由3个模块组成：主控制器.测温电路和显示电路。结构框图如下所示。

DS18B20

AT89S52 控 制 器

显示电路

扫描驱动

3.1主控制器

单片机使用AT89S52。易于调试及烧录。

3.2显示电路

  显示电路采用4位共阳LED数码管，从P1口输出段码，列扫描用P3.2~P3.5来实现，列驱动用9012三极管。

3.3系统设计电路原理图：

四．系统程序的设计

系统程序的设计主要包括C程序主函数.DS18B20复位函数. DS18B20写字节函数. DS18B20读字节函数.温度计算转换函数和显示函数等。

程序清单：

# include "reg51.h"

# include "intrins.h"

# define disdata P1

# define discan P3

# define uchar unsigned char

# define uint unsigned int

sbit DQ = P3^7;

sbit DIN = P1^7;

uint h;

uchar code ditab[16]=

{0X00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};

uchar code dis_7[12]= {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff,0xbf};

uchar code scan_con[4]={0xfb,0xf7,0xef,0xdf};

uchar data temp_data[2]={0x00, 0x00,};

uchar data display[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};

void delay(uint t)

{

for(;t>0;t--);

}

scan()

{

char k;

  for(k=0;k<4;k++)

  {

  disdata=dis_7[display[k]];

  if(k==1){DIN=0;}

  discan=scan_con[k];delay(90);discan=0xff;

  }

}

ow_reset(void)

{

char presence=1;

while(presence)

{

while(presence)

  {

   DQ=1;_nop_();_nop_();

   DQ=0;

   delay(50);

   DQ=1;

   delay(6);

   presence=DQ;

   }

   delay(45);

   presence = ~DQ;

   }

   DQ=1;

 }

 void write_byte(uchar val)

 {

 uchar i;

 for(i=8;i>0;i--)

 {

 DQ=1;_nop_();_nop_();

 DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

 DQ=val&0x01;

 delay(6);

 val=val/2;

 }

 DQ=1;

 delay(1);

 }

 uchar read_byte(void)

 {

 uchar i;

 uchar value=0;

 for(i=8;i>0;i--)

 {

 DQ=1;_nop_();_nop_();

 value >>=1;

 DQ=0;

 _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

 DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();

 if (DQ)value|=0x80;

 delay(6);

 }

 DQ=1;

 return(value);

 }

 read_temp()

 {

 ow_reset();

 write_byte(0xcc);

 write_byte(0xbe);

 temp_data[0]=read_byte();

 temp_data[1]=read_byte();

 ow_reset();

 write_byte(0xcc);

 write_byte(0x44);

 }

 work_temp()

 {

 uchar n=0;

 if(temp_data[1]>127)

   {temp_data[1]=(256-temp_data[1]);

    temp_data[0]=(256-temp_data[0]);n=1;}

 display[4]=temp_data[0]&0x0f;display[0]=ditab[display[4]];

 display[4]=((temp_data[0]&0xf0)>>4)|((temp_data[1]&0x0f)<<4) ;

 display[3]=display[4]/100;

 display[1]=display[4]%100;

 display[2]=display[4]/10;

 display[1]=display[4]%10;

 if(!display[3]){display[3]=0x0a;

 if(!display[2]){display[2]=0x0a;}}

 if(n){display[3]=0x0b;}

 }

 main ()

 {

 disdata=0xff;

 discan=0xff;

 for(h=0;h<4;h++){display[h]=8;}

 ow_reset();

 write_byte(0xcc);

 write_byte(0x44);

 for(h=0;h<500;h++)

   {scan();}

 while(1)

   {

   read_temp();

   work_temp();

   for(h=0;h<500;h++)

    {scan();}

    }

 }

本程序经调试通过。

五．    调试及性能分析

系统调试以程序为主。硬件调试首先检查电路的焊接是否正确，然后用万用表测试或通电检测。软件调试以编程序并进行硬件的正确性检验。由于DS18B20与单片机采用串行数据传送，因此，对DS18B20进行读/写编程时必须严格地保证读/写时序，否则将无法读取测量结果。本程序采用单片机C语言编写，用Keil C51编译器编程调试。软件调试到能显示温度值，而且在有温度变化时（例如用手去接触），显示温度能改变就基本完成本设计