基于單片機的數字溫度計和數字鐘設計(已修改)

　

【正文】 武漢理工大學《專業課程設計2》課程設計說明書摘 要 隨著時代的進步和發展，單片機技術已經普及到生活、工作、科研等各個領域，已經成為一種比較成熟的技術。本文將介紹一種基于單片機控制的數字溫度計和數字鐘，本數字溫度計屬于多功能溫度計，可以任意設置溫度的上下限報警功能，當溫度不在設定范圍內時，可以報警；本數字鐘可以同步顯示時間日歷，日期和時間都可通過按鍵校整。本系統采用的DS1302可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關閉充電功能。本系統顯示部分采用LCD液晶顯示屏顯示，可通過按鍵切換工作界面，工作方便，外形美觀。單片機控制無疑是人們追求的目標之一，它給人帶來的方便是不可否定的，其中數字溫度計和數字鐘就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現代人工作、科研、生活提供更好的更方便的設施就需要從單片機技術入手，一切向著數字化、智能化控制的方向發展。本文所介紹的數字溫度計與傳統的溫度計相比，具有讀數方便，測溫范圍廣，測溫準確度高，其輸出溫度采用數字顯示，主要適用于對測溫要求比較準確的場所或科研實驗室；本文所介紹的數字鐘采用了低功耗實時時鐘電路DS1302，它可以對年、月、日、周、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償等多種功能。同時可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關閉充電功能。本系統選用低功耗、高性能CMOS 8位微控制器AT89S52作為控制核心，采用溫度傳感器DS18B20準確測量溫度，采用液晶顯示屏LCD1604顯示實時溫度和同步的時間日歷。經過反復測試，本系統能準確完成各項功能。2 方案采用溫度傳感器DS18B20測量溫度，采用LCD液晶顯示屏顯示實時溫度和同步的時間日歷。本系統可考慮選用一只溫度傳感器DS18B20，DS18B20不僅可以很容易直接讀取被測溫度值進行顯示，而且溫度傳感器DS18B20具有獨特的一線接口，只需要一條口線就可多點通信，無需外部元件，簡化了分布式溫度傳感應用。本系統采用液晶顯示屏LCD1604顯示實時溫度和同步的時間日歷，電路簡單，功耗低，顯示信息量大，顯示質量高，顯示界面美觀、友好，可以很好的滿足設計要求。綜上所述，方案一的感溫電路和顯示電路設計繁雜，能量損耗大；方案二的設計電路簡單，顯示界面美觀、友好，并且軟件設計也比較簡單，所以本系統選用方案二實現實時溫度和同步的時間日歷的顯示功能。數字溫度計和數字鐘電路的總體設計方框圖如圖1所示。主 控 制 器LCD顯 示溫 度 傳 感 器單片機復位時鐘振蕩掉電保護電路 圖1 總體設計方框圖本系統控制器采用單片機AT89S52，溫度傳感器采用DS18B20，采用DS1302實現掉電充電功能，用液晶顯示屏LCD1604顯示實時溫度和同步的時間日歷。 主控制器單片機AT89S52具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統的設計需要，很適合便攜手持式產品的設計使用，系統可用二節電池供電。 顯示電路顯示電路采用液晶顯示屏LCD1604進行顯示，單片機從P0口傳輸溫度和時間數據驅動LCD1604進行顯示。 溫度傳感器DS18B20是一種改進型智能溫度傳感器，與傳統的熱敏電阻等測溫元件相比，能直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現9～12位的數字值讀數方式。DS18B20具有獨特的單線接口，僅需一個端口引腳進行通信，并且多個DS18B20可并聯在惟一的三線上，實現多點組網功能；用戶還可根據需要定義報警設置，十分方便。 DS18B20內部結構DS18B20采用3腳PR－35封裝或8腳SOIC封裝，其內部結構框圖如圖2所示。C64位ROM和單線接口高速緩存存儲器控制邏輯輯輯溫度傳感器高溫觸發器TH低溫觸發器TL配置寄存器8位CRC發生器VddI/O 圖2 DS18B20內部結構 DS18B20測溫原理如圖4所示，圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器1，高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器2的脈沖輸入。圖中還隱藏著計數門，當計數門打開時，DS18B20就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖進行計數，進而完成溫度測量。計數門的開啟時間由高溫度系數振蕩器來決定，每次測量前，首先將－55℃所對應的一個基數分別置入減法計數器1和溫度寄存器中，計數器1和溫度寄存器被預置在－55℃所對應的一個基數值。 圖4 DS18B20測溫原理圖減法計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當減法計數器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，減法計數器1的預置將重新被裝入，減法計數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數。如此循環直到減法計數器2計數到0時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數值就是所測溫度值。圖4中的斜率累加器的輸出用于修正減法計數器的預置值，只要計數器門仍未關閉就重復上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統對DS18B20的各種操作按協議進行。操作協議為：初使化DS18B20（發復位脈沖）→發ROM功能命令→發存儲器操作命令→處理數據。 掉電保護電路傳統的數據記錄方式是隔時采樣或定時采樣，沒有具體的時間記錄，因此只能記錄數據而無法準確記錄其出現的時間。低功耗時鐘芯片DS1302可以對年、月、日、周、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償等多種功能。同時可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關閉充電功能。DS1302內部結構圖如圖5所示。圖5 DS1302內部結構圖DS1302是一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、日、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償功能，～。采用三線接口與單片機進行同步通信，并可采用突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號或RAM數據。DS1302內部有一個318的用于臨時性存放數據的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產品，與DS1202兼容，但增加了主電源和后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。3系統整體硬件電路 主板電路系統整體硬件電路包括：傳感器數據采集電路，溫度和時間顯示電路，上下限報警調整電路，單片機主板電路等，如圖6 所示。圖6 單片機主板電路單片機主板電路中有三個獨立式按鍵可以調整溫度計的上下限報警設置和數