電子溫度計臺歷論文1

1、電子溫度計臺歷論文1第四屆電子設(shè)計制作參賽人員：肖志平徐小波馬小飛學 院：職業(yè)技術(shù)學院班 級：05應(yīng)用電子技術(shù)（2 ）班目 錄摘要 31 .刖百32 .電子溫度計臺歷功能與硬件設(shè)計43 .軟件設(shè)計 124 .心得體會 5 .系統(tǒng)所需元件列表6 .參考文獻 7 .附錄 系統(tǒng)電路圖（Protel99SE制作）基于89S52和8155的電子溫度計臺歷摘要本文設(shè)計的電子溫度計臺歷電路的時間和溫度部分均采用單片 機技術(shù)實現(xiàn)，以89S52為數(shù)據(jù)處理核心，并以8155擴展系統(tǒng)。輔以 液晶（LCD ）顯示，溫度部分用DS1820傳感器實現(xiàn)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡 單、可靠性高.通過軟件設(shè)計能實現(xiàn)計時.溫度測量、鬧鐘、報

2、警、 簡易計算器等多種功能。ENGLISH ：關(guān)鍵字：電子臺歷、溫度計、單片機、LCD、DS1820Keywords:L前言:臺歷是日常生活中實用的設(shè)施，而普遍的臺歷多為一次性紙制品, 無法重復性使用；溫度又是生產(chǎn)生活中重要的環(huán)境指標。為此，我們 借著學校電子制作大賽的機會，設(shè)計本電子溫度計臺歷。設(shè)計中選用比較常用的單片機芯片89S52和外圍接口芯片8155 , 并用LCD（ 1602 ）和溫度傳感器DS1820來實現(xiàn)計時和溫度測量的基 本功能。并依照競賽設(shè)計題目要求擴展了整點報時、溫度報警和電池 充電（斷電后時鐘繼續(xù)走時）等功能，可以充分地滿足日常生活的使 用需求。另外，我們還將在完成以上功

3、能的基礎(chǔ)之上，將簡易計算器 功能整合到該系統(tǒng)中去我們經(jīng)過討論，確是了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計方案，用EDA軟件在電腦上制作了系統(tǒng)原理電路圖（附圖），用匯編語言對系統(tǒng)的軟件 進行了設(shè)計，從而實現(xiàn)了本電子溫度計臺歷的設(shè)計任務(wù)。2.電子溫度計臺歷功能和系統(tǒng)硬件設(shè)計：2.1. 電子溫度計臺歷的功能根據(jù)設(shè)計課題的要求，利用89s52. LCD （ 1602 ）、DS18B20 設(shè)計完成的電子溫度計臺歷電路。時間部分電路能夠?qū)崟r計時，可以 對年、月、日、周、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，可調(diào) 整時間日期，另外擴展了整點報時功能。利用鍵盤操作即可實現(xiàn)校時、 校日期、設(shè)置多個鬧鐘功能間的切換。并且通過LCD

4、1602 （液晶） 顯示所有計時結(jié)果和鬧鐘的設(shè)定。溫度部分為高精度測量（精度小于等于0.5度，采集時間小于5 秒）,并能把實測的溫度在LCD上顯示，能夠完成對所在環(huán)境溫度 的實時圜空（實時顯示）。本溫度計還獷展了溫度報警功能，通過設(shè) 置上下報警溫度，當溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時，報警裝置將自動報警提本電子溫度計臺歷的電源系統(tǒng)還具有充電電池供電功能，且斷 電后時鐘能夠繼續(xù)走時；電路中還有對充電電池充電的環(huán)節(jié)。用戶能 夠很可靠地、方便地使用本臺歷。另外，為充分利用系統(tǒng)的硬件資源，通過鍵盤的切換和軟件設(shè) 計還實現(xiàn)簡易計算器功能。2.2. 各單元電路設(shè)計：令喬由由魄由源系綺語計本設(shè)計要求的供電系統(tǒng)皂+5V前

5、直流電源，可以實現(xiàn)電池供 電，并且擴展了充電電路，使系統(tǒng)能夠斷電后能夠照常工作（繼續(xù)走 時和溫度的測量常見的有銀鎘和鍥氫的電池，其尺寸為5#、7# , 而容量在500MAH-1.2MAH之間。常用的充電方法要么沒有完 成以上的功能，或電路過于復雜。而本電源使用于單片機系統(tǒng)，當生 產(chǎn)現(xiàn)場斷電可能會使單片機系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)丟失。為此這里設(shè)計出一種 簡單的單片機UPS （不間斷電源）電路。圖2.電源部分設(shè)計電路圖電路原理:電源220V經(jīng)過變壓器降壓，再經(jīng)過電橋的整流后經(jīng)過RCfl型濾波網(wǎng)絡(luò)濾除電源中的高頻脈動成分后，電路分兩路，穩(wěn)壓輸出+5V 電壓，另外的一路通過充電環(huán)節(jié)對電池進行充電。其中的R1決定充

6、 電部分的充電電流的大小。在此應(yīng)該綜合考慮充電時間和安全充電電 流兩方面因素來進行設(shè)計，充電電流選擇約為40mA。R2為一小阻 值電阻和充電電池構(gòu)成充電回路，其中的二極管D起隔離作用。當 停電時電池經(jīng)二極管D放電，為系統(tǒng)供電，所以該電路的設(shè)計是完 全符合電路各方面的要求的。時間部分：本電子溫度計臺歷除了可以對年、月、日、周日、時、分、秒 進行計時外，還可以實現(xiàn)閏年補償功能。另外本設(shè)計中的時間部分還 可以通過鍵盤電路調(diào)整時間和日期，可以設(shè)定多個鬧鐘并通過報警裝 置發(fā)出不同的提示音。方案一、利用臧字電路來實現(xiàn)以上功能，通常是采用74LS90. 74LS48和555電路產(chǎn)生時鐘信號來實現(xiàn)計時功能或通

7、過4518、 4511和由晶振加分頻電路產(chǎn)生的秒脈沖實現(xiàn)計時功能。而對于報警.整點報時等功能就必須另外通過芯片來實現(xiàn)。該 方案中使用的元件多、電路的復雜程度隨著功能的增加而倍增。所以 就做電子臺歷而言（要求功能多樣、整機體積?。┦鞘植缓线m。方案二、 利用單片機實現(xiàn)，其主要原理是利用單片機內(nèi)部的時鐘模塊,通過對程序的設(shè)計做一秒的延時，依次按照時間的進制，通過累加, 進位就可實現(xiàn)計時功能。本部分電路的主要硬件為：89S52. 8155.顯示電路.報警裝置。其中的的單昂疆普 1纏叫的89s52并擴展8155（帶RAM和定時器/計數(shù)器的可編程并行接口）為主要的處理芯片、用6MHz晶振、LCD顯示.報

8、警裝置和- 4*4的盤一起構(gòu)成了時鐘電路的硬件。其中利用鍵盤（4*4）實現(xiàn)對時間電路的設(shè)置和校準功能。z-x原理圖LCD顯示3 t 2J 4 JJ.-iS33RF3三.4.1麗芬疫升、,f=F-方案1設(shè)計中設(shè)計到用多塊LED數(shù)碼管顯示電路的問題，其中有年、 月、日.時間幾個部分的需要數(shù)碼管顯示，另外加上驅(qū)動電路。整個 電路如果用數(shù)碼管來做的話就非常的繁雜了。數(shù)碼管實現(xiàn)顯示部分電路：由以上電雌們可以很臬益晶睛附譽懿路確是原理圖，還是在實際的PCB制作上都將有不少的問題產(chǎn)生。為此，綜合制作和設(shè)計產(chǎn)品實用性兩方面的因素后，本電子溫度計臺歷的 顯示部分用1602的LCD來實現(xiàn)。方案21602液晶顯示是

9、16*2的顯示部分，其主要的參數(shù)如下：主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量；16X2個字符（STN型）模塊最佳工作電壓：5.0V工作電壓：4.8-5.2V字符尺寸：4,95X7,95(WXH)nn工作電流：2.0mA(5.0V)工作溫度：o-5or背光源顏色：黃綠存儲溫度：-20 70 c背光源電流；<150mA6.LCD1602部分參數(shù)表由上表采用1602可以對電路工作結(jié)果顯示，1602液晶顯示通過 軟件的設(shè)計可以分開顯示時間（年、月、日、時鐘、鬧鐘、星期）和 溫度。并且還便于系統(tǒng)的功能擴展，可以很方便的將計算器和游戲功 能實現(xiàn)。相比方案1 .而言，液晶顯示比數(shù)碼管顯示在本設(shè)計項目中的 優(yōu)勢就大很多

10、。并且電路在制作中布線和電路板格局上都就得到很大 程度上的優(yōu)化。此外電路原理簡單，采用8155的PA 口線將時間等 信號經(jīng)BUS的傳輸?shù)桨寺贩聪蝌?qū)動電路推動后送于LCD1602中，以實現(xiàn)顯示功能。八路反向驅(qū)動1602液晶顯示圖7.實現(xiàn)1602液晶顯示的框圖溫度部分:溫度是日常生產(chǎn)生活中一個比較重要的環(huán)境指標，我們經(jīng)常需要對其進行測量。傳統(tǒng)的溫度計主要是利用固體、液體的熱脹冷縮來 實現(xiàn)，常用的方案有:方案由于本設(shè)計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感 溫效應(yīng)，在將隨破測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉(zhuǎn) 換后，就可以用單片機迸行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將破 測溫度顯示出

11、來，這種設(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較 麻煩。它們的精度是很難達到要求。并且這種溫度計還無法實現(xiàn)在深 遠距離的測量。方案二進而看的用溫度傳感器，在單片機電路設(shè)計中，大多都是使用 傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器 DS 18B20即可實現(xiàn)溫度傳感功能。DS18B20是集溫度檢測與數(shù)字數(shù)據(jù)輸出為一身的傳感器芯片。 具有超小的體積，超低的硬件開銷，抗干擾能力強，精度高等優(yōu)點。 為此DS18B20是用單片機技術(shù)進行溫度相關(guān)的項目開發(fā)中的優(yōu)秀的 傳感器?？梢院苋菀字苯幼x取破測溫度值，迸行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè) 計要求。DS18B20的主要特征：1.全數(shù)字化的溫度轉(zhuǎn)換及輸出

12、；3 .最高分辨率為12位，精度可達±0.5P ；4 .克檢測溫度范圍:-55X- +125X ；5 .內(nèi)置EEPROM ,有限溫報警功能；圖8.DS18B20與單片機的硬件連接基于DS18B20的如上優(yōu)點，結(jié)合本設(shè)計中溫度部分要達到的設(shè) 計指標，可以很容易看出，方案一中涉及的環(huán)節(jié)較多、且元件數(shù)量多、 電路復雜、且精度并不是很高、調(diào)試起來較敏容易受到環(huán)境的干擾）。 而方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計也比較簡單，可靠性高，故本設(shè) 計采甫方案二DS18B°可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信后線，3腳接電源。另一種是 寄生電源供電

13、方式，如圖4所示單片機端口接單線總線，為保證在 有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來 完成對總線的上拉。當DS18B20處于與存儲器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時，總線上 必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方 式時VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài) 的。至于溫度部分的測量結(jié)果將通過1602液晶顯示電路來顯示出 來，且有效數(shù)字為小數(shù)點后的兩位，另外上下限溫度的設(shè)置還可以通 過軟件編程來實現(xiàn)，從而實現(xiàn)溫度報警功能。盤部分電路：通過8155的PB 口線來實現(xiàn)：P0 - P3為行，P4 - P7構(gòu)成列,按鍵的去抖動采用軟件

14、方式。在檢測到有鍵按下時，執(zhí)行10ms延時 子程序，再確認該鍵是否仍保持閉合狀態(tài)。若仍然保持為閉合狀態(tài), 則確認為該鍵閉合；若延時后，該鍵不處于閉合狀態(tài)，則按鍵抖動處 理，認為鍵沒有按下。通過軟件的設(shè)計實現(xiàn)電路的控制（校準時間日期.鬧鐘的設(shè)定）, 另外擴展簡易計算器功能時?？梢詮膯纹瑱C芯片中的口線中設(shè)置一個 切換開關(guān)。計算器功能：本設(shè)計的計算器電路以89S52型8位單片機作為數(shù)據(jù)處理的核 心，用8155并行擴展口構(gòu)成顯示/鍵盤電路，系統(tǒng)的工作原理簡單, 可靠性高，價格低廉。通過軟件設(shè)計，它具有完成整數(shù)加、減、乘、 除四則基本運算的功能，可以作為簡單的計算器使用。并且其中的硬件電路都是溫度計臺歷

15、電路中共享的部件?？梢?通過軟件的設(shè)計和鍵盤電路的切換來實現(xiàn)，本部分的難點是在于軟件 部分的設(shè)計。硬件部分只需在89S52的口線中設(shè)置一切換電路 開關(guān)控制口線接電平的高低來實現(xiàn)鍵盤功能的切換。系統(tǒng)總體的設(shè)計：該電子溫度計臺歷分可分為時間和溫度兩大模塊，采用自頂向下的設(shè)計方法來設(shè)計，另外再加上電源和校時等幾大單元構(gòu)成。含充電電路的電源系統(tǒng)LCD 1602口ftATS9S528155K LCD驅(qū)動溫度部分鬧鐘、報時、報警電路鍵盤圖L系統(tǒng)硬件原理框圖89S52單片機為電子溫度計臺歷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理核心單元，并通 過8155外圍接口擴展芯片實現(xiàn)時間和溫度兩大功能模塊，另外還擴 展了簡易計算器功能。時間模

16、塊采用89S52計時再經(jīng)8155擴展傳輸至1602 ( LCD )顯 示結(jié)果，并通過鍵盤對時間的校準和鬧鐘的設(shè)定。另外由單片機控制 鬧鐘和整點信號輸出并經(jīng)過報警電路實現(xiàn)鬧鐘和整點報時功能。溫度模塊由89s52和傳感器DS 18B20完成溫度的檢;則和溫度信 號處理。處理結(jié)果再LCD1602顯示輸出，同時利用軟件設(shè)定上下限 溫度，由公用報警電路實現(xiàn)溫度報警功能。本系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡單、比較充分利用硬件資源。在能夠完成基 本功能的前提下，盡量節(jié)省元器件，顯示清晰，功能完成效率比較高 高，價格低廉，原理覆蓋也比較完善。電子溫度計臺歷的軟件設(shè)計:時間部分的軟件設(shè)計:采用模塊程序設(shè)計的思想編寫軟件，整個系

17、統(tǒng)的軟件由一個主程 序和多個子程序組成，每個子程序作為一個相對獨立的模塊，實現(xiàn)一 個基本的功能，可以為多個程序共享。這樣，便于程序的編寫、調(diào)試, 也容易分工完成。體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化編程的優(yōu)勢。其中電子溫度計臺歷系 統(tǒng)中的程序設(shè)計就是采用自頂向下的程序設(shè)計方法:圖9.總體程序流程圖定時中斷程序流程圖圖10.定時中斷程序流程圖調(diào)用功能流程圖:圖11 .調(diào)用功能流程圖溫度部分的軟件設(shè)計:溫度部分系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換 命令子程序，計算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。主程序主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度i,溫度測量每is進行一次。這

18、樣可以在一秒之內(nèi)測溫度流程圖量一次被測溫度，其程序流程見圖所示：主程序流程圖讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時需 送行CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如下：溫度轉(zhuǎn)換流程圖溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當采用12位 分辨率的轉(zhuǎn)換時間約為750ms ,在本程序設(shè)計中采用1s顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如上圖，圖9所示 計算溫度子程序計算溫度子程序?qū)AM中讀取值進行BCD碼的轉(zhuǎn)換運算，并進行溫度值正負的判定，其程序流程圖如圖10所示。計算溫度流程圖顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖顯示數(shù)據(jù)刷新子程

19、序顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進行刷 新操作，當最高顯示位為0時將符號顯示位移入下一位。計算器軟件設(shè)計:采用模塊程序設(shè)計的思想編寫軟件，整個系統(tǒng)的軟件由一個主程 序和多個子程序組成，每個子程序作為一個相對獨立的模塊，實現(xiàn)一 個基本的功能，可以為多個程序共享。這樣，便于程序的編寫、調(diào)試, 也容易分工完成。體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化編程的優(yōu)勢。數(shù)字鍵盤輸入系統(tǒng)的整個軟件由主程序和顯示子程序.鍵盤掃描 子程序、顯示移位子程序.BCD碼壓縮子程序.BCD碼轉(zhuǎn)換為二進 制數(shù)子程序.二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為壓縮型BCD碼子程序、壓縮型BCD 碼拆分子程序、加法運算子程序、減法運算子程序、乘法運算子程序、 除法運算子程序、延時子程序等多個子程序組成。程序流程電子溫度計臺歷系統(tǒng)所需元件列表:DS89S52鍵盤電容蜂鳴器8155電阻按鈕開關(guān)78051602LCD變壓器