【摘要】单片机技术作为计算机技术的一个分支，广泛地应用于工业控制、智能仪器仪表、机电一体化产品、家用电器等各个领域。随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子。文中介绍一种可以把当前日期和现场温度同时在液晶显示器上显示的51单片机控制系统，并且已成功通过proteus**，提供了良好的人机界面。
同时给出了温度采集电路、时钟电路、日期调整和显示电路及家电控制电路；分析了主程序和各子模块程序设计的思路和方法，给出了主程序和部分程序的流程图。
【关键词】s1302、ds18b20、lcdc51、硬件设计、软件设计。
o引言。现场温度的实时采集在电力、钢铁、化工等工业控制领域有着广泛的应用。传统的方法是通过在现场安装热敏电阻之类的感应器件，将采集的电流或电压信号通过a／d转换变成数字信号，送由控制器监控。
这样的设计较复杂，且干扰性大。本文设计是一种基于51单片机的，使用dallas公司的一线制数字温度计ds18b20作为温度传感器，实时时钟芯片dsl302提供当前日期和时间数据的采集，并将实时的日期和温度数据在lcdl602上显示，另外还添加了闹钟功能，定时启动继电器控制家电。系统设计简单、便于控制，而且具有很好的人机界面，可以对当前的时间进行调整。
1硬件电路设计。
硬件电路的设计主要包括作为控制部分的单片机最小系统电路、温度采集电路、时钟电路、设置电路和显示电路及家电控制电路等。系统工作的原理框图如图l所示。
图1 硬件电路设计
1．1温度采集电路。
1、dsl8b20是一线制数字温度计，是美国dallas半导体公司生产的可组网数字式温度传感器，其具有如下优点：
1 ）采用单总线的接口方式与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 ds18b20 的双向通讯。 单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。
2 ）测量温度范围宽，测量精度高 ds18b20 的测量范围为 -55 ℃ 125 ℃ 在 -10~+ 85°c 范围内，精度为 ± 0.5°c 。
（ 3 ）在使用中不需要任何外围元件。
（ 4 ）持多点组网功能多个 ds18b20 可以并联在惟一的单线上，实现多点测温。
（ 5 ）供电方式灵活 ds18b20 可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高。
（ 6 ）测量参数可配置 ds18b20 的测量分辨率可通过程序设定 9~12 位。
（ 7 ）负压特性电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
8 ）掉电保护功能 ds18b20 内部含有 eeprom ，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。
ds18b20 具有体积更小、适用电压更宽、更经济、可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围，适合于构建自己的经济的测温系统，因此也就被设计者们所青睐。
2、ds18b20内部结构（如图2）
主要由4部分组成：64 位rom、温度传感器、非挥发的温度报警触发器th和tl、配置寄存器。rom中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该ds18b20的地址序列码，每个ds18b20的64位序列号均不相同。
64位rom的排的循环冗余校验码（crc=x^8＋x^5＋x^4＋1）。 rom的作用是使每一个ds18b20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个ds18b20的目的。
图2 ds18b20内部结构图。
3、ds18b20管脚排列图（如图3）
1. gnd为电源地；
2. dq为数字信号输入／输出端；
3. vdd为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。
图3 ds18b20管脚排列图。
4、温度采集电路。
图4 温度采集电路。
温度采集电路的设计主要有2点：一是供电方式的选择，这里使用+5 v的外部电源供电；二是温度数据的传输，由于只有一根数据线，直接将数据线与单片机的p1．6口相连接，由单片机通过此数据线读取数据。
1．2时钟电路。
1、ds1302特点：
ds1302是美国dallas公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态ram，采用spi三线接口与cpu进行通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和ram数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小于31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.
5～5.5v。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。
2、内部结构及引脚分布图（如图5）
图5 ds1302引脚分布图。
3、时钟采集电路。
图6 时钟采集电路。
在与微控制器连接时，只需3根数据线就能实现与微控制器的同步串行通信，分别为rst(在读写数据时必须为高电平)、sclk(串行通信时钟)和io(数据线)。另外，还要为dsl302提供外接的32 768 hz晶体振荡器，可接电容或电阻。
1．3设置电路。
设置电路的功能主要是把时间和日期设置到当前的时间，可以在系统运行中进行。用3个独立式按键完成，分别接到单片机p3.2、p3.
3、p3.4。第1个按钮表示是功能键，按下时表示设置，并且每按一次，在显示器上分别在年、月、日等日期时间上跳转，表示对相应的项进行更改；第2个按钮按下表示对第1个按钮选中的项进行加1操作；第3个按钮按下表示进行减l操作。
只有在第1个按钮按下时才允许进行加减操作。其电路如图7所示。
图7 设置电路。
1．4显示电路。
1、lcd1602特点。
1602液晶也叫符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5x7或者5x11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以他不能显示图形。1602lcd是指显示的内容为16x2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。
目前市面上字符液晶绝大多数是基于hd44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于hd44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。
+5v电压，对比度可调。
内含复位电路。
提供各种控制命令，如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。
有80字节显示数据存储器ddram
内建有160个5x7点阵的字型的字符发生器cgrom
8个可由用户自定义的5x7的字符发生器cgram
2、引脚图（如图8）
字符型lcd1602通常有14条引脚线或16条引脚线的lcd，多出来的2条线是背光电源线vcc(15脚)和地线gnd(16脚)
图8 lcd1602引脚图。
3、显示电路（如图9）
图9 显示电路。
液晶显示器的接口电路有2种：一种是总线式接口电路方式；另一种是非总线式接口电路方式。总线式接口电路方式是把液晶显示器看做外部的数据存储器，访问液晶甚示器就像访问数据存储器的一个单元一样，采用这种方式能充分发挥单片机的总线读写功能，便于升级和扩展。
而非总线方式是直接利用io口进行读写，较灵活，操作简单。这里采用非总线式接口方式。接口时要注意显示器的使能信号e是高电平有效，而单片机的读、写信号是低电平有效，所以要取反。
1．5闹铃家电控制电路。
1、继电器特点。
（1） 继电器实际上是用低电压、小电流去控制高电压、大电流的一种“自动开关”。在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等（如图10）
2）常开触点和常闭触点：继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
图10 继电器内部结构。
2、闹铃家电控制（如图11）
图11 闹铃家电控制
当闹铃响起时，启动继电器，家电形成一个闭合回路，从而起到定时启动控制家电的方法。本系统只拿一个led灯做实验。
1．6单片机最小系统（如图12）
单片机最小系统包括时钟电路、电源和复位电路等，是单片机的基本要求。单片机控制整个系统的工作，一方面读取温度传感器的温度数据和日历时钟芯片中的日期等数据，检测是否需要设置，并处理相应的按键。另一方面，控制显示器的工作，将各种数据送到液晶显示器去显示。
图12 单片机最小系统。
2系统软件设计。
系统软件设计主要包括主程序设计和温度采集子模块程序设计、日期数据采集子模块程序设计、按键处理子模块程序设计和显示子模块程序设计等。主程序主要完成器件的初始化，并判断有无按键按下，并根据判断的结果调用相应的子模块程序；而温度采集子模块程序和日期数据采集子模块程序完成相应的数据采集、处理和保存，按键处理子模块程序完成日期的设置，而显示子模块程序只要把上述子模块储存的数据送去显示即可。
2．1主程序设计。
主程序完成器件的初始化和子模块的调用。主程序的流程图（如图13）所示。
图13 主程序流程图。
2．2温度采集程序设计。
dsl8b20内部包含64位的激光rom和9个字节的暂存ram，在进行温度采集时，必须首先进行初始化，然后发rom操作指令，再发存储器操作指令，最后才能传输数据。每次对器件进行读写操作时，必须严格按照dsl8b20的时序要求。其流程图见图14。
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