數(shù)溫控完全手冊單片機C語言開發(fā)詳解系列之第章綜合實例-多功能數(shù)字溫度計

第11章綜合實例——多功能數(shù)字溫度計設計通過前面幾章的學習，讀者已經(jīng)基本掌握了AT89S51單片機的系統(tǒng)設計與程序設計方法。從本章開始，將通過綜合的實例向讀者繼續(xù)深入介紹嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的知識和實例。本章主要講解一個多功能數(shù)字溫度計設計的綜合實例，通過該實例，讀者能夠?qū)W習到鍵盤輸入設計、LED數(shù)碼管接口設計、溫度采集、人機交互設計等各方面的知識。11.1系統(tǒng)結構與分析本章介紹的多功能數(shù)字溫度計具備溫度計和時鐘的功能，該系統(tǒng)由以下幾個部分組成：單片機、溫度傳感器、顯示設備、鍵盤輸入幾部分組成。11.1.1多功能數(shù)字溫度計功能分析在本章設計的多功能溫度計，需要具備以下的功能。溫度測量：能夠?qū)崟r顯示當前的環(huán)境溫度；時鐘功能：能夠作為時鐘使用，顯示當前時間；鬧鈴功能：能夠在設定時間時候，作為鬧鈴發(fā)聲；時鐘設置功能：能夠設定時鐘，修改當前時間；電池或者直流穩(wěn)壓電源9V供電；11.1.2多功能數(shù)字溫度計系統(tǒng)分析多功能數(shù)字溫度計的原理十分簡單，即通過溫度傳感器測量溫度，通過單片機采集后在LED數(shù)碼管上顯示出來，同時，該溫度計還兼有時鐘的功能。11.2DS1620溫度傳感器電路DS1620是Maxim-Dallas公司生產(chǎn)的一款高性能、寬測溫范圍的串行數(shù)字接口溫度傳感器。下面詳細介紹DS1620溫度傳感器的使用。11.2.1DS1620的性能指標DS1620溫度傳感器的主要性能指標如下。供電電壓：2.7V～5.5V；測量溫度范圍：-55°C～+125°C；測量溫度精度：0.5°C；轉(zhuǎn)換時間：50ms；接口：三線串行接口；可設定報警限值；9Bit溫度數(shù)據(jù)格式。11.2.2DS1620的引腳定義DS1620具有8-Pin的SOIC封裝和DIP雙列直插封裝，其引腳分布如圖所示。11.2.3DS1620的溫度格式DS1620采用的9位的溫度數(shù)據(jù)格式，負溫度數(shù)據(jù)用補碼表示，最低位表示0.5℃，因此需要兩個8位寄存器存儲溫度值，如圖所示為溫度為-25°C的數(shù)據(jù)值。11.2.4DS1620的三線數(shù)據(jù)串行接口DS1620的三線數(shù)據(jù)串行接口由一下三個信號線組成。RST（復位）；CLK（時鐘）；DQ（數(shù)據(jù)）。11.2.5DS1620的控制寄存器DS1620具有一個8位的控制寄存器，用于控制溫度傳感器的所有操作，其寄存器各位分布如圖所示。11.2.6DS1620的操作字要對DS1620進行需要的操作，就需要執(zhí)行DS1620的操作字，如圖11.8時序圖中的Protocol部分就是操作字的代碼，跟隨Protocol后的是操作字的參數(shù)或者讀取值。DS1620共有如下的9個不同的操作字，通過不同的操作字可以實現(xiàn)開始轉(zhuǎn)換溫度、對DS1620的寄存器進行讀寫、讀取溫度數(shù)據(jù)、設置TH和TL等操作。AAH：讀取轉(zhuǎn)換好的溫度數(shù)據(jù)，從指令輸入后的第9個時鐘脈沖開始，將輸出溫度寄存器中的數(shù)據(jù)；01H：給高溫臨界寄存器寫入TH數(shù)據(jù)；02H：給低溫臨界寄存器寫入TL數(shù)據(jù)；A1H：讀高溫臨界寄存器中的TH數(shù)據(jù)；A2H：讀低溫臨界寄存器中的TL數(shù)據(jù)；EEH：開始轉(zhuǎn)換溫度數(shù)據(jù)；22H：停止轉(zhuǎn)換溫度數(shù)據(jù)；0CH：寫控制寄存器；ACH：讀控制寄存器。11.2.7DS1620的單獨工作模式DS1620可以工作在無單片機控制的系統(tǒng)中，稱為DS1620的單獨工作模式，在這種工作模式下，主要是依靠DS1620的三個溫度限制輸出引腳進行控制，作為熱繼電器使用。使用該工作模式必須寫入控制寄存器操作模式和TH、TL寄存器的溫度設定值，使用CLK/~CONV用作轉(zhuǎn)換開始控制端。這種工作模式下，控制寄存器的CPU標志位必須設為“0”。11.2.8DS1620的單片機接口電路當使用AT89S51控制DS1620進行溫度測量時，只需要使用AT89S51的三個引腳和DS1620的串行接口按照通訊協(xié)議進行通訊即可，其電路如圖所示。11.3MAX7219數(shù)碼管驅(qū)動電路MAX7219是Maxim公司生產(chǎn)的一款高性能8位共陰極數(shù)碼管驅(qū)動芯片，通過MAX7219可以使用單片機極少的引腳實現(xiàn)多個數(shù)碼管的顯示驅(qū)動。11.3.1MAX7219的性能指標MAX7219的主要性能指標如下。10Mhz的串行接口；獨立的LED數(shù)碼管段控制；可以使用內(nèi)部BCD數(shù)碼管解碼；150uA的Shut-Down電流；可以調(diào)節(jié)數(shù)碼管發(fā)光強度；工作溫度范圍：-40°C～85°C；11透.3域.2豆MA策X7秧21渴9的引肝腳定寇義如圖盯所示諷，MA禽X7店21巡壽9具有24引腳吸的SO貼片縱與DI森P雙列恨直插擇兩種謝不同崗的封忌裝。11飾.3稻.3盤MA刃X7捆21即9的串疾行數(shù)蒼據(jù)通戒訊單片嗽機需蔽要通討過D0～D1怎5的16位串友行通哪訊對MA貼X7珍21畢9進行購控制態(tài)，11叛.3謊.4屬MA肌X7尋21哄9的內(nèi)要部寄勵存器眠地址要實喘現(xiàn)數(shù)輕碼管吊的不厭同模賤式、議不同任形式鎮(zhèn)下的酒驅(qū)動頌，就門需要只對MA橋X7緒21酸9的內(nèi)遲部寄畝存器撐進行陳操作昆，寄晃存器技的地愁址為玻數(shù)據(jù)D8～D1壞1位，跡如圖典所示少。11特.3惹.5嗓MA型X7住21蛙9的數(shù)忙字位栗寄存步器數(shù)字昌位寄陳存器蓬的地爹址為01談H～08舊H，其疼對應欠了每拿個數(shù)遮碼管照的現(xiàn)摸實內(nèi)貴容，沙在沒料有進歌行使暮用解索碼模載式時與，其辛存儲語數(shù)據(jù)股與數(shù)肢碼管炭顯示螞的對餓應方絕式如炒圖所脾示。11喝.3屯.6糊MA挪X7轉(zhuǎn)21勝9的停稅機寄夸存器停機款寄存誰器用滑于關猾閉MA苦X7憑21揚9，如倒圖所套示，演當D0事=0時，MA績X7肉21處于靜停機葬狀態(tài)進；當D0儉=1時，臥處于陸正常屯工作笑狀態(tài)港。11乘.3鑰.7迫MA倘X7守21繞9的測壇試寄補存器測試而寄存喚器用兔于測杜試數(shù)雞碼管獻和MA貼X7拜21香9十分遍正常險工作耍，如榮圖所門示，自當D0閑=0時，MA搞X7藝21地9按設丸定模宵式正江常工殼作；殖當D0勸=1時，兇處于橫測試兄狀態(tài)捎。在測釣試狀湯態(tài)下米，無熟論MA藏X7禮21池9處于艇什么吧模式穴，全蔽部LE燈D將按賽最大日亮度墻顯示喉。11燈.3毯.8纖MA運X7表21錯9的亮擔度寄廈存器數(shù)碼微管的片現(xiàn)實傳亮度權可以跑用硬粗件和村軟件黎兩種途方法朱調(diào)節(jié)壞，亮押度寄揉存器槍中的D0～D3位可悶以控拿制LE色D顯示鉤器的縮慧亮度挪，如債圖所塌示，精通過湯改變瓣亮度掛寄存巾器的岡值，稼可以聚調(diào)整MA穩(wěn)X7竿21床0驅(qū)動蹈數(shù)碼段管的毫有效于循環(huán)稈時間僵，從抵而改耀變數(shù)營碼管沈顯示街的亮綠度。11杠.3針.9含MA佳X7陽21童9的掃媽描界涂限寄岸存器MA半X7詢21鎮(zhèn)9的掃繼描界努限寄士存器鹿用于屋限定MA渠X7案21外9的掃謹描數(shù)失碼管孝的個籃數(shù)，然這個圖主要傘是用濤于當MA飛X7脂21克9被用孟于驅(qū)屆動不搭到8個數(shù)絮碼管哈的情膚況下貴，例但如本冰章的緣瑞數(shù)碼鼠溫度柳計只繁使用房誠了6個數(shù)篩碼管疤，就壇可以儲限制剖掃描歸數(shù)碼旋管的串個數(shù)鹽為6。如圖炮所示算，該從寄存催器中D0～D3位數(shù)據(jù)據(jù)設緒定值躁為0～7H，設成定值唱表示惱顯示施器動浮態(tài)掃牙描個蒼數(shù)為1～8。11葉.3參.1防0脆M搶AX烤72響19的譯時碼寄蜓存器該寄英存器天的8位二孤進制廟數(shù)的些各位車分別悼控制8個LE使D顯示誓器的稍譯碼炸方式駱。當吵高電年平時驢，選扭擇BC草D-痛B譯碼兼模式躺，當似低電招平時撐選擇京不譯康碼模過式，席而使耍用送照來數(shù)燃據(jù)為拴字型傾碼，腸其具股體對聽應的歇實例慚如圖魂所示雖。11常.3翁.1嘆1腥M摩AX總72遙19驅(qū)動省電路撕設計如圖外所示費為官零方推妙薦的MA橫X7刺21刃9常用寫驅(qū)動籃電路搬連接鉤圖，工圖中ISE頭T引腳印連接餡的是賓硬件林調(diào)節(jié)友數(shù)碼刪管亮性度的奸電阻殼，可治以通幻玉過更窯改外花接電傲阻值孕改變亦數(shù)碼泉管的賀亮度匹。DI班G0～DI炎G7引腳傭分別系與8位數(shù)沿碼管茂的共販陰極齡相連瘡，SE既G唐A～G及其DP引腳宮分別幸與每禽個數(shù)芹碼管抬的A～G與GP段相繪連，A～G以及DP各段英的定捐義請以參考爸圖11薦.4其他聯(lián)硬件導電路深設計除了往溫度克傳感御器電壩路和漿數(shù)碼雖管驅(qū)溉動電皇路，中在本應節(jié)中桑繼續(xù)供介紹奴多功井能溫兵度計漏其余針的硬卵件電紗路設罷計，飽包括典單片辰機最下小系絲式統(tǒng)、沿電源鐘系統(tǒng)劫、按徑鍵輸熔入等祥部分類。11午.4襪.1票AT畜89龍S5郵1單片押機最址小系塔統(tǒng)電封路在該誘設計負中采待用了AT嗽89度S5運1單片畫機作共為核區(qū)心處親理器資，因既此在丈電路偶中首帖先需斯要設噴計的機是AT英89網(wǎng)S5謀1的最羞小系缺統(tǒng)。AT采89鎖S5妙1單片徐機的幣最小茅系統(tǒng)賊電路帥包含插以下底幾個露部分崖：單片己機供誓電電培路：AT迫89掀S5借1需要割具有宵可靠租的5V供電活，在余電路巡壽圖中利的VC各C和GN暴D為供坦電網(wǎng)噸絡標眼識符好；振蕩拋電路筐：AT堆89前S5故1需要拔一個柜穩(wěn)定興的振艘蕩電御路才粘能夠劫正常飽工作靜，在暮該電跑路采還用了24罰Mh抱z的晶設振作但為AT武89舞S5傷1的時遠鐘源專；復位精電路旗：復予位電譽路是級單片千機正趙常運歇行的戰(zhàn)一個麻必要產(chǎn)部分棍，復撕位電肝路應售該保搶證單登片機本在上老電的納瞬間收進行墨一次爺有效么的復反位，趨在單折片機悉正常誕工作啊時將RS姨T引腳末置低威。此壯外通旁過一墳個按嗓鍵進騾行手表動復始位，以在單填片機朵運行趨不正蔽常時隊使用棒。11神.4千.2鍵盤港輸入著電路由于娛多功醬能數(shù)午字溫央度計繳具備漂時鐘飄的功舉能，紫因此突需要么具有慎設置狗時鐘絞的按軌鍵輸姻入設毯備，落在本益章案女例中刺采用釀了4個上糞拉的謀按鍵衫作為佩輸入帆設備青，與AT鉆89調(diào)S5得1的P1每_0～P1燭_3相連解，其霸電路滴如圖宿所示照。鍵盤狀輸入姨的具督體設我計細侍節(jié)請霧參考抓本書綱第7章。11逝.4無.3電源共電路為了捷降低篇成本政，該職多功涼能數(shù)型字溫亂度計耕采用模了MC妖78蝕05作為鳥電源盒芯片哀，MC伙78臺05是使朝用最嫁為廣蹲泛的舊一種行電源達穩(wěn)壓色芯片爬，各薄大芯挑片公存司都碰有生吧產(chǎn)或牽具有晨兼容摧產(chǎn)品他。從芯稿片的由手冊約上可摧知，MC猶78浪05能夠電將7～30您V的輸趙入電遭壓穩(wěn)滅壓至5V輸出借，但數(shù)是由對于MC字78姐05不是議開關屠電源士，而注是線塵性穩(wěn)袍壓電的源，閣因此利多余晴的電套壓都栗將轉(zhuǎn)著換為棋熱能孝被消蜻耗，摧導致監(jiān)芯片盈發(fā)熱蘭，因拘此MC畜78筒05的輸舊入電醬壓不攏宜太呼高。采用MC腥78迎05作為洗電源向的電訪路，棋其中BA酸T是電拼池電叉源輸元入端譽，一箏般為9V。11今.4忌.4多功熟能數(shù)蠢字溫輪度計舟的硬累件電幼路通過11斷.2纖.1～11生.2昆.5小節(jié)驚的設敢計分得析，?？梢岳说玫綎|該多莫功能覺數(shù)字悅溫度芒計的跑硬件貨電路郵圖如啦圖所喪示，最其中P2為電銹源輸歪入接勞口，賤蜂鳴慨器使烘用P2每_7引腳為驅(qū)動他。11梳.5多功第能數(shù)旨字溫代度計葛軟件體設計本節(jié)揭講解慚多功屆能溫殿度計載的軟私件設始計，烈軟件顧要實梯現(xiàn)的山功能秩包括脅實時默溫度冒測量萍顯示錯、時才鐘顯風示、歪時鐘偽設置醫(yī)、鬧辭鈴設賴置、托鬧鈴況等功黑能。封下面逢詳細返講解剩軟件兔的設脊計過挖程。11說.5拜.1軟件倡結構赴分析一個婚嵌入潔式系鼠統(tǒng)軟遼件總完是由彩復雜腐的程伴序構里成的珠，一綱般來輩說，揀一個甘完整危的嵌謙入式略程序哲分為榮兩個秧主要街的層躁次，洋功能搭軟件厘和底擺層驅(qū)害動。11廚.5裁.2逗DS赤16抖20驅(qū)動濾程序琴設計DS持16澡20的驅(qū)咱動程喪序由直以下坊幾部樂分組汪成。DS農(nóng)16謊20寫字志節(jié)函互數(shù)；DS鎖16累20讀字孩節(jié)函癥數(shù)；DS孔16任20寫控該制寄物存器旺函數(shù)鼠；DS抽16褲20讀控貧制寄澆存器倚函數(shù)浙；DS棍16炕20讀取藝溫度道值函融數(shù)；DS簽16妄20啟動立轉(zhuǎn)換級函數(shù)串；DS膠16粗20初始庸化函織數(shù)；11割.5黃.2念.1宏定毛義11飄.5犧.2脊.2茶DS瞇16聾20寫字孔節(jié)函田數(shù)11奪.5卵.2臘.3挑DS竟16裁20讀字丟節(jié)函虎數(shù)11明.5勒.2案.4仁DS慢16抽20寫控蕉制寄豎存器展函數(shù)11羞.5彎.2瘡.5纏DS擋16返20讀控第制寄載存器隸函數(shù)11砌.5善.2尖.6剩DS探16厲20讀溫既度值革函數(shù)11筍.5僵.2搶.7莖DS專16妹20啟動部溫度低轉(zhuǎn)換麗函數(shù)11愛.5鉆.2腳.8眾DS碼16交20初始桿化函桶數(shù)11講.5麗.3舉MA奪X7企21擾9驅(qū)動扎程序擁設計MA留X7搶21旁9的驅(qū)仆動程壞序由坊以下踢幾部杏分組案成。MA嶄X7監(jiān)21裕9寫控使制函敵數(shù)；MA蠢X7頑21涼9初始積化函欣數(shù)；11屈.5決.3及.1宏定沫義11片.5促.3煤.2雪MA跳X7醒21證9寫控酸制函稿數(shù)11安.5何.3此.3急MA掠X7桶21臣9初始略化函縫數(shù)11廁.5反.4鍵盤維接口賠程序蝕設計鍵盤訂接口漸程序逢的功旁能是球?qū)Π挫`下的叢按鍵最進行芬識別很，為色程序但提供餡按鍵浩碼，紗為執(zhí)監(jiān)行下陶一步種程序獅提供同來自宰用戶勒的反耍饋。鍵盤購接口辛程序肆比較偉簡單旋，就顛是使浙用P1口讀尋取按較鍵的冒值，陡然后白返回球按鍵眾值，澇具體腹的按令鍵輸戰(zhàn)入程景序過衡程請溪讀者胳參考僚本書叉第七倡章。11組.5殖.4梨.1宏定痛義11辯.5滴.4鈔.2鍵盤繼接口材程序11尺.5擾.5蜂鳴暖器驅(qū)短動程攪序設川計驅(qū)動季蜂鳴初器就拖是靠AT傘89曬S5閃1的P2源_7引腳呈，驅(qū)稍動蜂界鳴器都就是朋通過P2巧_7輸出維一個案低電區(qū)平，扛將三藍極管或?qū)ㄐ?，從旦而?qū)竹動蜂斃鳴器易發(fā)聲付。11愿.5氏.5等.1宏定磚義11示.5喬.5晌.2蜂鳴輝器驅(qū)漫動11我.5滲.6定時喜器時藏鐘基悔準設縮慧計定時脆器時默鐘基舉準的五目的朝是產(chǎn)什生以陰一秒準為周緊期的各時鐘板基準勸，這犬樣就辯可作并為時克鐘的炒驅(qū)動眾基準胖。利用最定時群器T0可以若產(chǎn)生2m控s的中相斷脈豎沖，50扮0個2m燭s技術區(qū)即為1s。在雨使用24煮MH鹿z晶振折時，到產(chǎn)生2m親s需要讓的計把數(shù)器稍初值綿為：#d遮ef浪in郵e碧TH燦0_景VA魔LU紹E柄0x撇06#d拆ef陰in忍e慰TL暖0_填VA刷LU問E鳥0x循0011救.5夠.6紡.1定時束器時呀鐘中面斷11坊.5郊.6.2定時罵器初信始化座函數(shù)11誓.5拔.6輸.3定時于器啟字動函把數(shù)11藝.5乏.7時鐘躺顯示尺程序護設計時鐘牽顯示怒程序歡的功籍能是成每隔若一分討鐘更比新一國次顯校示的辱時鐘遼值，聚時鐘嫌值按盆照24小時勤的格支式進感行顯貿(mào)示，案具體拒函數(shù)覺代碼襪如下乓。11輸.5均.8鬧鈴菊程序墻設計鬧鈴椒程序苦實現(xiàn)我的功皆能是紫，當引當前忌時間仍和鬧以鈴時迎間一痛致時朱，鬧諒鈴開某始發(fā)民聲報秘警，11藍.5皺.9按鍵瀉操作糞程序享設計用戶籍要通殼過鍵掀盤操之作進京行鬧拉鈴和卡時鐘帥的設迷置，踐因此廢按鍵蓮操作檔函數(shù)我比較孝復雜虛，在旦函數(shù)錦中調(diào)傍用了泄鍵盤器接口玻函數(shù)怨，11絕.5蛇.1擇0顯示論溫度怪程序迫設計顯示訴溫度單程序深的功籍能是姿在溫棒度計退上實能時顯表示當伍前所愉測量猜的溫半度值輩，程唉序調(diào)黎用了DS前16須20讀溫觸度函舊數(shù)，背具體伶代碼卻如下尾。11育.5膜.1狀1主程純序在所以有函庭數(shù)和局分支析程序里都設闖計完蓄成后茅，主著程序緣瑞的設引計變開得十重分簡吃單，許主程歐序的沿工作技是初臥始化嫁各個慮部件委，并沸在無型限循緣瑞環(huán)內(nèi)糧不斷畫運行嘩各個飼子分除支程猴序，11穩(wěn).6多功湯能數(shù)測字溫五度計陳工程使文件與之須前章施節(jié)介乞紹的煉小程父序不隱同，桑在本端章的奏案例寨中，士對于桶這樣挨一個么較大圍的工預程，蔬為了拆使得恨所有川的函壩數(shù)和躁分支律程序璃能夠碑統(tǒng)一啟編譯句，需葵要在Ke新ilC5惰1里統(tǒng)孤一建呈立一蠅個工晉程文涼件，枕進行算統(tǒng)一的的編群譯與錫調(diào)試掏。11游.6咽.1主函盜數(shù)Ma恩in加.C為整很個工監(jiān)程的鄙主體英文件辜，包隙含了狹工程江的入民口函放數(shù)ma修in盒()。(具體些內(nèi)容騙請參這照本訴書)11滑.6鴿.2溫度蹤蝶傳感裕器DS勸16墻20函數(shù)綁庫DS晃16淹20惡.C包含梅了所宿有對作溫度決傳感拒器DS五16閱20的操拔作函若數(shù)，犧具體酬代碼野如下紋所示衰。(具體丈內(nèi)容擋請參湊照本莖書)11虎.6般.3沈DS池16酸20引腳際定義DS伍16低20瞧.h對DS線16援20的操猛作函閱數(shù)進賢行了質(zhì)聲明萄