基于單片機的數(shù)字溫度計設(shè)計

一、項目背景

數(shù)字溫度計是一種用于測量和顯示環(huán)境溫度的設(shè)備。本文章介紹基于STC89C52主控芯片的數(shù)字溫度計的設(shè)計過程和實現(xiàn)原理。該設(shè)計采用DS18B20溫度傳感器進行溫度采集，使用LCD1602顯示屏進行溫度顯示，通過按鍵設(shè)置溫度的上限和下限閥值，并通過蜂鳴器進行報警。

二、系統(tǒng)架構(gòu)

數(shù)字溫度計的系統(tǒng)架構(gòu)如下所示：

（1）硬件部分：主控芯片STC89C52、DS18B20溫度傳感器、LCD1602顯示屏、按鍵、蜂鳴器；

（2）軟件部分：嵌入式C語言程序。

三、系統(tǒng)功能設(shè)計

【1】溫度采集：通過DS18B20溫度傳感器采集環(huán)境溫度；

【2】溫度顯示：使用LCD1602顯示屏顯示當(dāng)前環(huán)境溫度；

【3】閾值設(shè)置：通過按鍵設(shè)置溫度的上限和下限閥值；

【4】報警功能：當(dāng)溫度超出閥值時，蜂鳴器發(fā)出報警信號。

四、整體設(shè)計

4.1 硬件設(shè)計

【1】主控芯片選擇：STC89C52，具有較好的性能和豐富的外設(shè)資源，適合作為數(shù)字溫度計的核心處理器；

【2】溫度傳感器：采用DS18B20溫度傳感器，利用其一線通信功能實現(xiàn)溫度采集；

【3】顯示屏：使用LCD1602顯示屏，通過并口連接到主控芯片，實時顯示溫度信息；

【4】按鍵：通過按鍵設(shè)置溫度閥值，包括上限和下限；

【5】蜂鳴器：當(dāng)溫度超出閥值時，蜂鳴器發(fā)出報警信號。

4.2 軟件設(shè)計

【1】GPIO配置：配置主控芯片的GPIO引腳，包括DS18B20溫度傳感器的引腳、LCD1602顯示屏的引腳、按鍵的引腳和蜂鳴器的引腳；

【2】DS18B20通信：利用主控芯片的IO口實現(xiàn)與DS18B20溫度傳感器的一線通信，獲取溫度數(shù)據(jù)；

【3】LCD顯示：通過并口通信協(xié)議，將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給LCD1602顯示屏進行顯示；

【4】按鍵檢測：使用外部中斷方式監(jiān)聽按鍵引腳的狀態(tài)變化，當(dāng)按鍵被按下時，進入設(shè)置模式，并根據(jù)按鍵次數(shù)調(diào)整溫度閥值；

【5】溫度比較和報警：在主循環(huán)中，不斷比較當(dāng)前溫度與設(shè)置的閥值，當(dāng)溫度超出閾值時，觸發(fā)蜂鳴器報警。

五、源代碼

#include <reg52.h>

// 定義IO口
sbit DQ = P2^0;
sbit RS = P2^1;
sbit RW = P2^2;
sbit E = P2^3;
sbit K1 = P2^4;
sbit K2 = P2^5;
sbit Buzzer = P2^6;

// 定義全局變量
unsigned int highTemp = 30; // 溫度上限
unsigned int lowTemp = 20; // 溫度下限
unsigned int currentTemp = 0; // 當(dāng)前溫度

// 延時函數(shù)
void delay(unsigned int ms) {
    unsigned int i, j;
    for (i = ms; i > 0; i--)
        for (j = 110; j > 0; j--);
}

// DS18B20初始化
bit Init_DS18B20() {
    bit presence;
    
    DQ = 1; // 設(shè)置DQ為輸出
    delay(1);
    DQ = 0; // 主機拉低DQ線
    delay(75);
    DQ = 1; // 主機釋放DQ線
    delay(4);
    presence = DQ; // 從機檢測到的應(yīng)答信號
    
    delay(20);
    
    return presence;
}

// DS18B20寫字節(jié)
void Write_DS18B20(unsigned char dat) {
    unsigned char i;
    
    for (i = 0; i < 8; i++) {
        DQ = 0; // 主機拉低DQ線
        _nop_();
        DQ = dat & 0x01; // 寫數(shù)據(jù)位
        delay(5);
        DQ = 1; // 主機釋放DQ線
        dat >>= 1;
    }
}

// DS18B20讀字節(jié)
unsigned char Read_DS18B20() {
    unsigned char i, dat;
    
    for (i = 0; i < 8; i++) {
        DQ = 0; // 主機拉低DQ線
        _nop_();
        DQ = 1; // 主機釋放DQ線
        _nop_();
        dat >>= 1;
        if (DQ)
            dat |= 0x80; // 讀數(shù)據(jù)位
        delay(5);
    }
    
    return dat;
}

// 讀取溫度
unsigned char ReadTemperature() {
    unsigned char temp_h, temp_l;
    
    Init_DS18B20();
    Write_DS18B20(0xCC); // 跳過ROM指令
    Write_DS18B20(0xBE); // 發(fā)送讀溫度命令
    
    temp_l = Read_DS18B20(); // 讀低字節(jié)
    temp_h = Read_DS18B20(); // 讀高字節(jié)
    
    currentTemp = temp_h;
    
    return temp_l;
}

// LCD初始化
void LCD_Init() {
    delay(15);
    Write_Command(0x38); // 設(shè)置8位數(shù)據(jù)總線，2行顯示，5x7點陣
    Write_Command(0x0C); // 顯示器打開，光標(biāo)關(guān)閉
    Write_Command(0x06); // 光標(biāo)右移，顯示器不移動
    Write_Command(0x01); // 顯示清屏
}

// LCD寫命令
void Write_Command(unsigned char com) {
    RS = 0;
    RW = 0;
    E = 1;
    P0 = com;
    delay(1);
    E = 0;
}

// LCD寫數(shù)據(jù)
void Write_Data(unsigned char dat) {
    RS = 1;
    RW = 0;
    E = 1;
    P0 = dat;
    delay(1);
    E = 0;
}

// LCD顯示溫度
void Display_Temperature(unsigned char temp) {
    unsigned char temp_str[5];
    
    temp_str[0] = temp / 10 + '0';
    temp_str[1] = temp % 10 + '0';
    temp_str[2] = '.';
    temp_str[3] = ReadTemperature() / 10 + '0';
    temp_str[4] = ReadTemperature() % 10 + '0';
    
    Write_Command(0x80); // 第一行第一個字符位置
    Write_String("Temp: ");
    Write_Command(0x86); // 第一行第七個字符位置
    Write_String(temp_str);
    Write_Command(0xC0); // 第二行第一個字符位置
    Write_String("High: ");
    Write_Command(0xC6); // 第二行第七個字符位置
    Write_Char(highTemp / 10 + '0');
    Write_Char(highTemp % 10 + '0');
    Write_Command(0xCB); // 第二行第十個字符位置
    Write_String("Low: ");
    Write_Command(0xCF); // 第二行第十四個字符位置
    Write_Char(lowTemp / 10 + '0');
    Write_Char(lowTemp % 10 + '0');
}

// LCD寫字符串
void Write_String(unsigned char *str) {
    while (*str != '?') {
        Write_Data(*str);
        str++;
    }
}

// LCD寫字符
void Write_Char(unsigned char dat) {
    Write_Data(dat);
}

// 蜂鳴器報警
void Alarm() {
    Buzzer = 0;
    delay(500);
    Buzzer = 1;
    delay(500);
}

// 按鍵掃描
void Key_Scan() {
    if (K1 == 0) { // K1按下，設(shè)置高溫
        delay(5);
        if (K1 == 0) {
            highTemp++;
            Write_Command(0xCB); // 第二行第十個字符位置
            Write_Char(highTemp / 10 + '0');
            Write_Char(highTemp % 10 + '0');
            while (!K1);
        }
    }
    
    if (K2 == 0) { // K2按下，設(shè)置低溫
        delay(5);
        if (K2 == 0) {
            lowTemp--;
            Write_Command(0xCF); // 第二行第十四個字符位置
            Write_Char(lowTemp / 10 + '0');
            Write_Char(lowTemp % 10 + '0');
            while (!K2);
        }
    }
}

// 主函數(shù)
void main() {
    LCD_Init();
    
    while (1) {
        ReadTemperature(); // 讀取溫度
        Display_Temperature(currentTemp); // 顯示溫度
        
        if (currentTemp > highTemp || currentTemp < lowTemp) { // 溫度超出閾值，觸發(fā)報警
            Alarm();
        }
        
        Key_Scan(); // 按鍵掃描
    }
}

代碼最開始定義了一些用于控制硬件的IO口，如DQ用于連接溫度傳感器、RS、RW、E用于連接LCD顯示屏、K1、K2用于連接按鍵、Buzzer用于連接蜂鳴器。接下來定義了一些全局變量，包括高溫上限、低溫下限以及當(dāng)前溫度。然后是一些函數(shù)的定義和實現(xiàn)，包括延時函數(shù)、DS18B20溫度傳感器初始化函數(shù)、寫字節(jié)函數(shù)、讀字節(jié)函數(shù)等。

ReadTemperature() 函數(shù)用于讀取溫度傳感器的溫度值，并將其保存到 currentTemp 變量中。

LCD_Init() 函數(shù)用于初始化LCD顯示屏。

Write_Command() 和 Write_Data() 函數(shù)用于向LCD顯示屏寫入命令和數(shù)據(jù)。

Display_Temperature() 函數(shù)用于在LCD顯示屏上顯示當(dāng)前溫度、高溫上限和低溫下限。

Alarm() 函數(shù)用于觸發(fā)蜂鳴器報警。

Key_Scan() 函數(shù)用于掃描按鍵狀態(tài)，根據(jù)按鍵狀態(tài)來修改高溫上限和低溫下限。

主函數(shù) main() 中的邏輯：

• 調(diào)用 LCD_Init() 初始化LCD顯示屏。
• 進入一個無限循環(huán)，不斷讀取當(dāng)前溫度并顯示在LCD上。
• 如果當(dāng)前溫度超過設(shè)定的高溫上限或低于設(shè)定的低溫下限，就觸發(fā)報警。
• 通過按鍵掃描函數(shù)來修改高溫上限和低溫下限。

六、總結(jié)

本文章詳細介紹了基于STC89C52主控芯片的數(shù)字溫度計的設(shè)計過程和實現(xiàn)原理。通過集成DS18B20溫度傳感器、LCD1602顯示屏、按鍵和蜂鳴器等功能，實現(xiàn)了溫度的采集、顯示和報警功能。通過按鍵設(shè)置溫度的上限和下限閥值，用戶可以根據(jù)需要進行調(diào)整，并在超出閥值時觸發(fā)報警，提醒用戶注意環(huán)境溫度的變化。該設(shè)計可以廣泛應(yīng)用于家庭、辦公室和實驗室等場景，為用戶提供了方便、準(zhǔn)確和實用的溫度監(jiān)測工具。