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仿真原理圖如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下載）
Altium Designer畫的原理圖和PCB圖如下：(51hei附件中可下載工程文件)
①采用單片機設計電子溫度計，選擇適合的感溫元件，溫度測量范圍-50℃～110℃； ②測量誤差小于0.1℃； ③LED數碼直讀顯示； 1.2總體方案分析在單片機電路設計中，大多都是使用傳感器，所以本次設計采用溫度傳感器DS18B20。整個系統由單片機控制，溫度傳感器采用DS18B20。DS18b20采用單總線方式與單片機相連.把采集到得溫度信息傳給單片機。單片機采集到的溫度輸出到四個數碼管上進行顯示。當四位數碼管顯示的溫度超過上限值時可以實現報警功能。系統總體方案如圖1-1所示。 圖1-1 系統總體方案 2 電路設計2.1電路原理圖電路原理圖如圖2-1所示； 
圖2-1 電路原理圖電路PCB圖底層如圖2-2所示； 圖2-2 電路PCB底層圖 電路PCB頂層如圖2-3所示； 圖2-3 電路PCB頂層圖 電路PCB3D圖如2-4所示； 圖2-4 電路PCB3D圖 2.3設計計算及分析說明2.3.1時鐘電路和復位電路①復位電路 復位電路的基本功能是：系統上電時提供復位信號，直至系統電源穩定后，撤銷復位信號。在本系統中，上電復位采用電平方式開關復位。上電復位采用RC電路，其中電容為10uF，電阻為10K。 ②晶振電路 單片機系統里晶振的作用非常大，它結合單片機內部的電路，產生單片機所必須的時鐘頻率，單片機的一切指令的執行都是建立在這個基礎上的，晶振提供的十種頻率越高，單片機運行的速度也就越快。單片機的晶振頻率應低于40MHZ，本設計中采用的晶振頻率為11.0592MHZ，在晶振上并聯兩個30pF電容。 時鐘電路和復位電路如圖2-5所示。 圖2-5 電路和復位電路圖 2.3.2溫度采集電路DS18B20溫度傳感器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，它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的性能特點如下：
①獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；
②多個DS18B20可以并聯在惟一的三線上，實現多點組網功能；
③無須外部器件；
④可通過數據線供電，電壓范圍為3.0~5.5Ｖ；
⑤零待機功耗；
⑥溫度以９或１２位數字；
⑦用戶可定義報警設置；
⑧報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；
⑨負電壓特性，電極接反時，溫度計不會因發熱而燒毀，只是不能正常工作。溫度采集電路如圖2-6所示。 圖2-6 溫度采集電路圖 DS18B20測溫原理如圖2.7所示。圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數器1。高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產生的信號作為計數器2的脈沖輸入。計數器1和溫度寄存器被預置在－55℃所對應的一個基數值。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，當計數器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數器1的預置將重新被裝入，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，如此循環直到計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。圖中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數器1的預置值。 
圖2-7 DS18B20測溫原理 2.3.3蜂鳴器報警電路本設計報警系統使用蜂鳴器報警電路，在單片機程序內設置了報警溫度的上下限值,當溫度高于設定溫度上限時，蜂鳴器提示；當溫度低于設定溫度下限時，蜂鳴器也會提示。報警功能是重要功能之一,在很多應用場合下通過報警功能可以避免很多人力、財力的損失，蜂鳴器報警電路所測溫度超出上、下限溫度極限值時,為實現報警功能,設計了蜂鳴器報警電路。報警電路如圖2-8所示。 圖2-8 蜂鳴器報警電路圖 2.3.4位LED數碼管顯示電路 在該電路中采用的是4位共陽極數碼管,通過P2.0~P2.3端來控制四位數碼管的亮滅,通過P0并行口來控制數碼管顯示的數值。使用數碼管時,采用動態掃描的方式, 動態顯示的特點是將所有位數碼管的段選線s一位數碼管有效。選亮數碼管采用動態掃描顯示。所謂動態掃描顯示即輪流向各位數碼管送出字形碼和相應的位選，利用發光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數碼管同時都在顯示。LED數碼管顯示電路圖如圖2-9所示。 圖2-9 LED數碼管顯示電路圖 2.3.5按鍵控制電路本電路具有按鍵輸入功能，當有按鍵被按下時，相對應的引腳會變成低電平，便可確定是哪一個按鈕被按下。按鍵可設定報警溫度的上限值和下限值，如果當前環境溫度不在設定范圍之內，蜂鳴器就會報警。按鍵控制電路如圖2-10所示。 圖2-10 按鍵控制電路圖
2.4電路元件選擇由Altium Designer的bill of material功能導出得到本次設計的所有元器件，電路元器件如圖2-11所示。 圖2-11 電路元器件清單圖
3 程序3.1程序流程圖及說明3.1.1主程序主程序設計如圖3-1所示；  圖3-1 主程序流程圖
代碼： - //主函數
- void main()
- {
- beep=0;
- delay(10);
- while( 1 )
- {
- tmpchange(); //溫度變換
- if(shu==0)
- {
- displayTemp(tmp( ));
- }
- keyscan(); //鍵盤掃描
- if(shu==1)
- {
- displayTemp(count); //設置上限溫度值
- }
- if(shu==2)
- {
- displayTemp(alarm); //設置下限溫度值
- }
- if(shu==3)
- {
- shu=0;
- }
- if(temp>count||(temp<alarm)) //比較
- {
- beep=0;
- }
- else
- beep=1;
- }
- }
在鍵盤掃描程序中，對按鍵初始化，然后判斷按鍵是否閉合，如果按鍵閉合，通過軟件延時去抖，最后通過顯示程序可以看到相應的按鍵設置值，以做下一步指示，這是最基本的人機交互模式。按鍵控制流程如圖3-2所示。 圖3-2 按鍵控制流程圖 代碼： - //鍵盤掃描函數
- uint keyscan()
- {
- if(key1==0)
- {
- delay(5);
- if(key1==0)
- {
- while(!key1);
- shu++;
- }
- }
- if(key2==0)
- {
- delay(5);
- if(key2==0)
- {
- while(!key2);
- count=count+10;
- if(shu==2)
- {
- alarm+=10;
- }
- }
- }
- if(key3==0)
- {
- delay(5);
- if(key3==0)
- {
- while(!key3);
- count=count-10;
- if(shu==2)
- {
- alarm-=10;
- }
- }
- }
- return(count);
- }
DS18B20的初始化 (1)先將數據線置高電平”1” (2)延時(該時間要求的不是很嚴格,但是盡可能的短一點)
(3)數據線拉到低電平“0”
(4)延時750微秒(該時間的時間范圍可以從480到960微秒)
(5)數據線拉到高電平“1”
(6)延時等待(如果初始化成功則在15到60毫秒時間之內產生一個由DS18B20所返回的低電平”0”。據該狀態可以來確走它的存在,但是應注意不能無限的進行等待,不然會使程序進入死循環,所以要進行超時控制)。
(7)若CPU讀到了數據線上的低電平“0”后,還要做延時,其延時的時間從發出的高電平算起第(5)步的時間算起)最少要480微秒。
(8)將數據線再次拉高到高電平“1后結束。 DS18B20初始化程序流程圖如圖3-3所示。 圖3-3 DS18B20初始化程序流程圖 代碼： - void dsreset()//發復位
- {
- uint i;
- DS=0;
- i=103;
- while(i>0)i--;
- DS=1;
- i=4;
- while(i>0)i--;
- }
- uchar tmpread() //讀取一字節
- {
- uchar j,k,dat;
- uint i;
- for(j=1;j<=8;j++)
- {
- DS=0;i++; //延時
- DS=1;i++;i++;
- k=DS;
- i=8;while(i>0)i--;
- dat=(k<<7)|(dat>>1);//讀出的數據最低位在最前面存一個字節在DAT里
- }
- return(dat);
- }
- void tmpwritebyte(uchar dat) //寫一個字節
- {
- uint i;
- uchar j;
- bit testb;
- for(j=1;j<=8;j++)
- {
- testb=dat&0x01;
- dat=dat>>1;
- if(testb) //寫 1
- {
- DS=0;
- i++;i++;
- DS=1;
- i=8;while(i>0)i--;
- }
- else
- {
- DS=0; //寫 0
- i=8;while(i>0)i--;
- DS=1;
- i++;i++;
- }
- }
- }
溫度轉換命令子程序主要是發溫度轉換開始命令，當采用 12 位分辨率時轉換時間約為 750ms，在本程序設計中采用 1s 顯示程序延時法等待轉換的完成。溫度轉換程序流程如圖3-4所示。 圖3-4 溫度轉換程序流程圖 代碼： void tmpchange() //DS18B20溫度變換 { dsreset(); delay(1); tmpwritebyte(0xcc); //跳過讀取內存rom tmpwritebyte(0x44); //開始轉換 } 3.1.5溫度顯示程序設計根據用戶的鍵盤選擇來顯示數據，在普通模式下顯示當前溫度；在設置模式下，顯示設置的限值，顯示數據刷新新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數據進行刷新操作，溫度顯示流程如圖3-5所示。 圖3-5 溫度顯示流程圖 代碼： - void displayTemp(uint temp) //顯示溫度程序
- {
- uchar ge,shi,bai,qian,ser;
- d1=0;
- d1=0;
- d3=0;
- d4=0;
- dsreset();
- ser=temp/10; //分離出三位要顯示的數字
- SBUF=ser;
- qian=temp/1000;
- bai=temp/100%10; // 百位數字
- shi=temp/10%10; // 十位數字
- ge=temp%10; // 個位數字
- if(flag==1)
- {
- flag=0;
- P0=0xbf;
- d1=1;
- delay(2);
- d1=0;
- }
- if(qian!=0)
- {
- P0=tab[qian];
- d1=1;
- delay(2);
- d1=0;
- }
- else
- {
- P0=0xff;
- d1=1;
- delay(2);
- d1=0;
- }
- if(temp>99)
- {
- P0=tab[bai];
- d2=1;
- delay(2);
- d2=0;
- }
- P0=tab1[shi];
- d3=1;
- delay(2);
- d3=0;
- P0=tab[ge];
- d4=1;
- delay(2);
- d4=0;
- }
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2020-10-27 15:53 上傳
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