DS18B20單片機(jī)數(shù)字溫度計(jì)的仿真電路圖PCB與源程序設(shè)計(jì)

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(huà)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(jī)設(shè)計(jì)電子溫度計(jì)，選擇適合的感溫元件，溫度測(cè)量范圍-50℃～110℃；

②測(cè)量誤差小于0.1℃；

③LED數(shù)碼直讀顯示；

在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以本次設(shè)計(jì)采用溫度傳感器DS18B20。整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)控制，溫度傳感器采用DS18B20。DS18b20采用單總線方式與單片機(jī)相連.把采集到得溫度信息傳給單片機(jī)。單片機(jī)采集到的溫度輸出到四個(gè)數(shù)碼管上進(jìn)行顯示。當(dāng)四位數(shù)碼管顯示的溫度超過(guò)上限值時(shí)可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。系統(tǒng)總體方案如圖1-1所示。

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；

電路PCB頂層如圖2-3所示；

電路PCB3D圖如2-4所示；

DS18B20溫度傳感器是一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)９～１２位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：
    ①獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；
    ②多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；
    ③無(wú)須外部器件；
    ④可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0~5.5Ｖ；
    ⑤零待機(jī)功耗；
    ⑥溫度以９或１２位數(shù)字；
    ⑦用戶可定義報(bào)警設(shè)置；
    ⑧報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；
    ⑨負(fù)電壓特性，電極接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，只是不能正常工作。溫度采集電路如圖2-6所示。

DS18B20測(cè)溫原理如圖2.7所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。

本設(shè)計(jì)報(bào)警系統(tǒng)使用蜂鳴器報(bào)警電路，在單片機(jī)程序內(nèi)設(shè)置了報(bào)警溫度的上下限值,當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度上限時(shí)，蜂鳴器提示；當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度下限時(shí)，蜂鳴器也會(huì)提示。報(bào)警功能是重要功能之一,在很多應(yīng)用場(chǎng)合下通過(guò)報(bào)警功能可以避免很多人力、財(cái)力的損失，蜂鳴器報(bào)警電路所測(cè)溫度超出上、下限溫度極限值時(shí),為實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能,設(shè)計(jì)了蜂鳴器報(bào)警電路。報(bào)警電路如圖2-8所示。

              在該電路中采用的是4位共陽(yáng)極數(shù)碼管,通過(guò)P2.0~P2.3端來(lái)控制四位數(shù)碼管的亮滅,通過(guò)P0并行口來(lái)控制數(shù)碼管顯示的數(shù)值。使用數(shù)碼管時(shí),采用動(dòng)態(tài)掃描的方式, 動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是將所有位數(shù)碼管的段選線s一位數(shù)碼管有效。選亮數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。所謂動(dòng)態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺(jué)暫留作用，使人的感覺(jué)好像各位數(shù)碼管同時(shí)都在顯示。LED數(shù)碼管顯示電路圖如圖2-9所示。

本電路具有按鍵輸入功能，當(dāng)有按鍵被按下時(shí)，相對(duì)應(yīng)的引腳會(huì)變成低電平，便可確定是哪一個(gè)按鈕被按下。按鍵可設(shè)定報(bào)警溫度的上限值和下限值，如果當(dāng)前環(huán)境溫度不在設(shè)定范圍之內(nèi)，蜂鳴器就會(huì)報(bào)警。按鍵控制電路如圖2-10所示。

由Altium Designer的bill of material功能導(dǎo)出得到本次設(shè)計(jì)的所有元器件，電路元器件如圖2-11所示。

主程序設(shè)計(jì)如圖3-1所示；

圖3-1 主程序流程圖

代碼：

1. //主函數(shù)
   
2. void main()
   
3. {
   
4.               beep=0;
   
5.               delay(10);
   
6.               while( 1 )
   
7.               {
   
8.               tmpchange();                  //溫度變換
   
9.               if(shu==0)
   
10.               {
    
11.                       displayTemp(tmp( ));
    
12.               }
    
13.               keyscan();                                          //鍵盤(pán)掃描
    
14.               if(shu==1)
    
15.               {
    
16.                       displayTemp(count);                //設(shè)置上限溫度值
    
17.                }
    
18.               if(shu==2)
    
19.               {
    
20.                       displayTemp(alarm);              //設(shè)置下限溫度值
    
21.               }
    
22.               if(shu==3)
    
23.               {
    
24.                  shu=0;            
    
25.                }
    
26.               if(temp>count||(temp<alarm))                //比較
    
27.               {
    
28.               beep=0;
    
29.               }
    
30.               else
    
31.               beep=1;
    
32.               }
    
33. }

復(fù)制代碼

3.1.2按鍵控制程序設(shè)計(jì)

在鍵盤(pán)掃描程序中，對(duì)按鍵初始化，然后判斷按鍵是否閉合，如果按鍵閉合，通過(guò)軟件延時(shí)去抖，最后通過(guò)顯示程序可以看到相應(yīng)的按鍵設(shè)置值，以做下一步指示，這是最基本的人機(jī)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：

1. //鍵盤(pán)掃描函數(shù)
   
2. uint keyscan()
   
3. {
   
4.               if(key1==0)
   
5.               {
   
6.                    delay(5);
   
7.                    if(key1==0)
   
8.                    {
   
9.                             while(!key1);
   
10.                             shu++;
    
11.                     }
    
12.               }
    
13.                           if(key2==0)
    
14.                            {
    
15.                                   delay(5);
    
16.                                   if(key2==0)
    
17.                                   {
    
18.                                      while(!key2);
    
19.                                      count=count+10;
    
20.                                        if(shu==2)
    
21.                                        {
    
22.                                             alarm+=10;
    
23.                                         }
    
24.                                    }
    
25.                            }
    
26.                                if(key3==0)
    
27.                                {
    
28.                                      delay(5);
    
29.                                      if(key3==0)
    
30.                                      {
    
31.                                               while(!key3);
    
32.                                               count=count-10;
    
33.                                                            if(shu==2)
    
34.                                                 {
    
35.                                                       alarm-=10;
    
36.                                                  }
    
37.                                      }
    
38.                                                     }
    
39.       return(count);
    
40. }

復(fù)制代碼

3.1.3DS18B20初始化程序設(shè)計(jì)

DS18B20的初始化

(1)先將數(shù)據(jù)線置高電平”1”

(2)延時(shí)(該時(shí)間要求的不是很?chē)?yán)格,但是盡可能的短一點(diǎn))
(3)數(shù)據(jù)線拉到低電平“0”
(4)延時(shí)750微秒(該時(shí)間的時(shí)間范圍可以從480到960微秒)
(5)數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”
(6)延時(shí)等待(如果初始化成功則在15到60毫秒時(shí)間之內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由DS18B20所返回的低電平”0”。據(jù)該狀態(tài)可以來(lái)確走它的存在,但是應(yīng)注意不能無(wú)限的進(jìn)行等待,不然會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán),所以要進(jìn)行超時(shí)控制)。
(7)若CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平“0”后,還要做延時(shí),其延時(shí)的時(shí)間從發(fā)出的高電平算起第(5)步的時(shí)間算起)最少要480微秒。
(8)將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1后結(jié)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：

1. void dsreset()//發(fā)復(fù)位
   
2. {   
   
3.               uint i;
   
4.               DS=0;
   
5.               i=103;
   
6.               while(i>0)i--;
   
7.               DS=1;
   
8.               i=4;
   
9.               while(i>0)i--;
   
10. }
    
11. uchar tmpread()   //讀取一字節(jié)
    
12. {
    
13.               uchar j,k,dat;
    
14.               uint i;
    
15.     for(j=1;j<=8;j++)
    
16.     {
    
17.                   DS=0;i++;          //延時(shí)
    
18.                   DS=1;i++;i++;
    
19.                             k=DS;
    
20.                   i=8;while(i>0)i--;
    
21.                             dat=(k<<7)|(dat>>1);//讀出的數(shù)據(jù)最低位在最前面存一個(gè)字節(jié)在DAT里
    
22.     }
    
23.     return(dat);
    
24. }
    
25. void tmpwritebyte(uchar dat)   //寫(xiě)一個(gè)字節(jié)
    
26. {
    
27.     uint i;
    
28.     uchar j;
    
29.     bit testb;
    
30.     for(j=1;j<=8;j++)
    
31.     {
    
32.                   testb=dat&0x01;
    
33.                   dat=dat>>1;
    
34.                   if(testb)     //寫(xiě) 1
    
35.                                 {
    
36.                                   DS=0;
    
37.                                   i++;i++;
    
38.                                   DS=1;
    
39.                                   i=8;while(i>0)i--;
    
40.                                 }
    
41.     else
    
42.     {
    
43.               DS=0;       //寫(xiě) 0
    
44.               i=8;while(i>0)i--;
    
45.               DS=1;
    
46.               i++;i++;
    
47.     }
    
48.   }
    
49. }

復(fù)制代碼

3.3.4溫度轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)

溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令，當(dāng)采用 12 位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為 750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用 1s 顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換程序流程如圖3-4所示。

圖3-4 溫度轉(zhuǎn)換程序流程圖

代碼：

void tmpchange()  //DS18B20溫度變換

{

              dsreset();

              delay(1);

              tmpwritebyte(0xcc);  //跳過(guò)讀取內(nèi)存rom

              tmpwritebyte(0x44);  //開(kāi)始轉(zhuǎn)換

}

3.1.5溫度顯示程序設(shè)計(jì)

根據(jù)用戶的鍵盤(pán)選擇來(lái)顯示數(shù)據(jù)，在普通模式下顯示當(dāng)前溫度；在設(shè)置模式下，顯示設(shè)置的限值，顯示數(shù)據(jù)刷新新子程序主要是對(duì)顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)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：

1. void displayTemp(uint temp)   //顯示溫度程序
   
2. {
   
3.               uchar ge,shi,bai,qian,ser;
   
4.               d1=0;
   
5.               d1=0;
   
6.               d3=0;
   
7.               d4=0;
   
8.               dsreset();
   
9.               ser=temp/10;     //分離出三位要顯示的數(shù)字
   
10.               SBUF=ser;
    
11.               qian=temp/1000;
    
12.               bai=temp/100%10; // 百位數(shù)字
    
13.               shi=temp/10%10;   // 十位數(shù)字
    
14.               ge=temp%10;   // 個(gè)位數(shù)字
    
15.               if(flag==1)
    
16.               {
    
17.                             flag=0;
    
18.                             P0=0xbf;
    
19.                             d1=1;
    
20.                             delay(2);
    
21.                             d1=0;
    
22.               }
    
23.               if(qian!=0)
    
24.               {
    
25.                             P0=tab[qian];
    
26.                             d1=1;
    
27.                             delay(2);
    
28.                             d1=0;            
    
29.               }
    
30.               else
    
31.               {
    
32.                             P0=0xff;
    
33.                             d1=1;
    
34.                             delay(2);
    
35.                             d1=0;            
    
36.               }
    
37.               if(temp>99)
    
38.               {
    
39.                             P0=tab[bai];
    
40.                             d2=1;
    
41.                             delay(2);
    
42.                             d2=0;
    
43.               }
    
44.                             P0=tab1[shi];
    
45.                             d3=1;
    
46.                             delay(2);
    
47.                             d3=0;
    
48.                             P0=tab[ge];
    
49.                             d4=1;
    
50.                             delay(2);
    
51.                             d4=0;
    
52. }

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