一、項目介紹

溫度檢測是工業(yè)自動化、生產(chǎn)線等眾多領(lǐng)域中常見的應(yīng)用場景之一，能及時準確地監(jiān)測溫度對于保障生產(chǎn)安全和提高生產(chǎn)效率有著非常重要的作用。而在現(xiàn)代的電子制造行業(yè)中，使用單片機和傳感器等電子元器件進行溫度檢測已經(jīng)成為了一個比較成熟的技術(shù)方案。

本項目選擇STC89C52單片機和DS18B20數(shù)字溫度傳感器，通過讀取傳感器輸出的溫度值，經(jīng)過計算和處理后，并將結(jié)果顯示在數(shù)碼管上，實現(xiàn)環(huán)境溫度的實時監(jiān)測和顯示。其中，STC89C52單片機為主控芯片，負責接收和處理數(shù)字溫度傳感器的數(shù)據(jù)，并通過數(shù)碼管將溫度值進行顯示。

二、整體設(shè)計

【1】設(shè)計思路

使用 STC89C52 單片機和 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，通過 I/O 口進行連接，讀取傳感器輸出的溫度值。通過計算和處理后，將溫度值在數(shù)碼管上進行顯示。其中，STC89C52 單片機為主控芯片，負責接收和處理數(shù)字溫度傳感器的數(shù)據(jù)，并通過數(shù)碼管將溫度值進行顯示。

【2】硬件連接

硬件方面，需要使用 STC89C52 單片機和 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器。其中，STC89C52 單片機通過 P1 口連接4位數(shù)碼管的動態(tài)掃描信號線，并與 DS18B20 傳感器的 DQ 線相連。DS18B20需要使用一個2.2K歐姆上拉電阻和一個10K歐姆下拉電阻。

【3】軟件設(shè)計

在軟件方面，主要進行以下操作：

（1）初始化函數(shù)

初始化串行總線，設(shè)置為推挽輸出，并將數(shù)碼管段選端口初始化為高電平輸出，數(shù)碼管位選端口初始化為低電平輸出。

（2）讀取溫度值函數(shù)

通過發(fā)送讀取命令，從 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器中讀取溫度值。

（3）溫度值計算函數(shù)

根據(jù) DS18B20 數(shù)字溫度傳感器的溫度值計算方法，將讀取到的數(shù)值進行轉(zhuǎn)換，得到實際溫度值。

（4）數(shù)碼管顯示函數(shù)

將溫度值分離出整數(shù)和小數(shù)部分，然后經(jīng)過數(shù)碼管驅(qū)動程序，通過數(shù)碼管進行顯示。

三、具體代碼實現(xiàn)

【1】DS18B20溫度讀取

DS18B20 是一種數(shù)字溫度傳感器，采用單總線接口進行通訊。它可以在較長的距離內(nèi)實現(xiàn)溫度值的準確測量，并且不需要調(diào)零或校準，被廣泛應(yīng)用于各種計算機控制系統(tǒng)、電子設(shè)備和溫度控制應(yīng)用中。其分辨率為 12 位，溫度范圍為 -55 度 Celsius 到 +125 度 Celsius。

下面代碼實現(xiàn)的功能是：讀取DS18B20溫度再通過串口打印出來。

#include < reg51.h >
 ?
 #define uchar unsigned char
 #define uint unsigned int
 ?
 sbit DQ = P1^0;  // DS18B20 數(shù)字溫度傳感器數(shù)據(jù)線連接到 P1.0 引腳
 ?
 // DS18B20 數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)
 void DS18B20_WriteByte(uchar dat);
 uchar DS18B20_ReadByte();
 void DS18B20_Start();
 void DS18B20_End();
 void DS18B20_Delay(uint i);
 ?
 // 初始化函數(shù)
 void init();
 ?
 // 串口初始化函數(shù)
 void uart_init();
 ?
 // 串口發(fā)送函數(shù)
 void send_string(char *s);
 ?
 void main() 
 {
     uchar temp_h, temp_l;
     uint temp;
 ?
     init();
     uart_init(); // 串口初始化
 ?
     while(1)
     {
         DS18B20_Start(); // 啟動傳輸
         DS18B20_WriteByte(0xCC); // 忽略 ROM 指令
         DS18B20_WriteByte(0x44); // 發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換指令
         DS18B20_End(); // 結(jié)束傳輸
 ?
         DS18B20_Start(); // 啟動傳輸
         DS18B20_WriteByte(0xCC); // 忽略 ROM 指令
         DS18B20_WriteByte(0xBE); // 發(fā)送讀取指令
 ?
         // 讀取溫度值
         temp_l = DS18B20_ReadByte(); // 讀取低位溫度值
         temp_h = DS18B20_ReadByte(); // 讀取高位溫度值
 ?
         // 計算溫度值
         temp = (temp_h < < 8) + temp_l;
         temp = (float)temp / 16;
         send_string("The temperature is: ");
         send_string(temp);
         send_string("
");
 ?
         DS18B20_End(); // 結(jié)束傳輸
     }
 }
 ?
 // DS18B20 數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)
 void DS18B20_WriteByte(uchar dat)
 {
     uchar i;
 ?
     for (i = 0; i < 8; i++)
     {
         DQ = 0; // 寫時序開始
         DQ = dat & 0x01; // 寫數(shù)據(jù)
         DS18B20_Delay(1); // 延時 1us
         DQ = 1; // 寫時序結(jié)束
         dat > >= 1;
     }
 }
 ?
 uchar DS18B20_ReadByte()
 {
     uchar i, dat = 0;
 ?
     for (i = 0; i < 8; i++)
     {
         DQ = 0; // 讀時序開始
         DS18B20_Delay(1); // 延時 1us
         dat > >= 1;
         if(DQ) 
             dat |= 0x80;
         DS18B20_Delay(5); // 延時 5us
         DQ = 1; // 讀時序結(jié)束
     }
     return dat;
 }
 ?
 void DS18B20_Start()
 {
     DQ = 1;
     DS18B20_Delay(1);
     DQ = 0;
     DS18B20_Delay(480);
     DQ = 1;
     DS18B20_Delay(60);
 }
 ?
 void DS18B20_End()
 {
     DQ = 1;
     DS18B20_Delay(1);
 }
 ?
 void DS18B20_Delay(uint i)
 {
     while(i--);
 }
 ?
 // 初始化函數(shù)
 void init()
 {
     TMOD |= 0x20; // 定時器 1 工作在模式 2
     TH1 = 0xfd; // 設(shè)置波特率，4800 bps
     TL1 = 0xfd;
     TR1 = 1; // 啟動定時器
 }
 ?
 // 串口初始化函數(shù)
 void uart_init()
 {
     SCON = 0x50; // 8 位數(shù)據(jù)，可變波特率，允許接收
     ES = 1; // 允許串口中斷
     EA = 1; // 允許總中斷
 }
 ?
 // 串口發(fā)送函數(shù)
 void send_string(char *s)
 {
     while(*s)
     {
         SBUF = *s;
         while(!TI);
         TI = 0;
         s++;
     }
 }

【2】讀取溫度數(shù)碼管顯示

數(shù)碼管是一種數(shù)碼顯示裝置，通常由一個數(shù)碼管的陣列組成，可以用來顯示數(shù)字、字母和一些特殊符號。廣泛應(yīng)用于各種電子裝置中，如計算器、時鐘、溫度計、電壓表、檔位指示器等。數(shù)碼管通?？煞譃楣碴枠O和共陰極兩種類型，其中共陽極的數(shù)碼管是將陽極連接在一起，通過控制對應(yīng)的陰極接口以實現(xiàn)顯示數(shù)字，而共陰極則是將陰極連接在一起，通過控制對應(yīng)的陽極接口以實現(xiàn)顯示。

數(shù)碼管的顯示原理是通過不同的電信號按照一定的邏輯在數(shù)碼管內(nèi)部的小燈泡上點亮不同的線段，從而形成所需的數(shù)字、字母或符號。要實現(xiàn)數(shù)碼管的顯示控制，需要使用微控制器或其他數(shù)字電路實現(xiàn)對數(shù)碼管各個位的控制，在采集到數(shù)據(jù)后將其轉(zhuǎn)換為可顯示的信息，并將其顯示在相應(yīng)的數(shù)碼管上。

下面是通過DS18B20 溫度傳感器讀取溫度再通過數(shù)碼管顯示溫度：

#include < reg51.h >
 ?
 #define uchar unsigned char
 #define uint unsigned int
 ?
 sbit DQ = P1^0; // DS18B20 數(shù)字溫度傳感器數(shù)據(jù)線連接到 P1.0 引腳
 sbit DIO = P2^0;  // 數(shù)碼管數(shù)據(jù)總線 DIO 連接到 P2.0 引腳
 sbit RCLK = P2^1; // 數(shù)碼管存儲總線 RCLK 連接到 P2.1 引腳
 sbit SRCLK = P2^2; // 數(shù)碼管移位總線 SRCLK 連接到 P2.2 引腳
 ?
 // DS18B20 數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)
 void DS18B20_WriteByte(uchar dat);
 uchar DS18B20_ReadByte();
 void DS18B20_Start();
 void DS18B20_End();
 void DS18B20_Delay(uint i);
 ?
 // 初始化函數(shù)
 void init();
 ?
 // 串口初始化函數(shù)
 void uart_init();
 ?
 // 串口發(fā)送函數(shù)
 void send_string(char *s);
 ?
 // 數(shù)碼管顯示函數(shù)
 void display(uchar num);
 ?
 void main() 
 {
     uchar temp_h, temp_l;
     uint temp;
 ?
     init();
     uart_init(); // 串口初始化
 ?
     while(1)
     {
         DS18B20_Start(); // 啟動傳輸
         DS18B20_WriteByte(0xCC); // 忽略 ROM 指令
         DS18B20_WriteByte(0x44); // 發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換指令
         DS18B20_End(); // 結(jié)束傳輸
 ?
         DS18B20_Start(); // 啟動傳輸
         DS18B20_WriteByte(0xCC); // 忽略 ROM 指令
         DS18B20_WriteByte(0xBE); // 發(fā)送讀取指令
 ?
         // 讀取溫度值
         temp_l = DS18B20_ReadByte(); // 讀取低位溫度值
         temp_h = DS18B20_ReadByte(); // 讀取高位溫度值
 ?
         // 計算溫度值
         temp = (temp_h < < 8) + temp_l;
         temp = (float)temp / 16;
 ?
         // 數(shù)碼管顯示溫度
         display(temp);
 ?
         send_string("The temperature is: ");
         send_string(temp);
         send_string("
");
 ?
         DS18B20_End(); // 結(jié)束傳輸
     }
 }
 ?
 // DS18B20 數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)
 void DS18B20_WriteByte(uchar dat)
 {
     uchar i;
 ?
     for (i = 0; i < 8; i++)
     {
         DQ = 0; // 寫時序開始
         DQ = dat & 0x01; // 寫數(shù)據(jù)
         DS18B20_Delay(1); // 延時 1us
         DQ = 1; // 寫時序結(jié)束
         dat > >= 1;
     }
 }
 ?
 uchar DS18B20_ReadByte()
 {
     uchar i, dat = 0;
 ?
     for (i = 0; i < 8; i++)
     {
         DQ = 0; // 讀時序開始
         DS18B20_Delay(1); // 延時 1us
         dat > >= 1;
         if(DQ) 
             dat |= 0x80;
         DS18B20_Delay(5); // 延時 5us
         DQ = 1; // 讀時序結(jié)束
     }
     return dat;
 }
 ?
 void DS18B20_Start()
 {
     DQ = 1;
     DS18B20_Delay(1);
     DQ = 0;
     DS18B20_Delay(480);
     DQ = 1;
     DS18B20_Delay(60);
 }
 ?
 void DS18B20_End()
 {
     DQ = 1;
     DS18B20_Delay(1);
 }
 ?
 void DS18B20_Delay(uint i)
 {
     while(i--);
 }
 ?
 // 初始化函數(shù)
 void init()
 {
     TMOD |= 0x20; // 定時器 1 工作在模式 2
     TH1 = 0xfd; // 設(shè)置波特率，4800 bps
     TL1 = 0xfd;
     TR1 = 1; // 啟動定時器
 }
 ?
 // 串口初始化函數(shù)
 void uart_init()
 {
     SCON = 0x50; // 8 位數(shù)據(jù)，可變波特率，允許接收
     ES = 1; // 允許串口中斷
     EA = 1; // 允許總中斷
 }
 ?
 // 串口發(fā)送函數(shù)
 void send_string(char *s)
 {
     while(*s)
     {
         SBUF = *s;
         while(!TI);
         TI = 0;
         s++;
     }
 }
 ?
 // 數(shù)碼管顯示函數(shù)
 void display(uchar num)
 {
     uchar code table[] = { 
         0x3f, // '0'
         0x06, // '1'
         0x5b, // '2'
         0x4f, // '3'
         0x66, // '4'
         0x6d, // '5'
         0x7d, // '6'
         0x07, // '7'
         0x7f, // '8'
         0x6f, // '9'
     };
     uchar i;
 ?
     for (i = 0; i < 8; i++)
     {
         RCLK = 0;
         DS = table[num % 10]; // 取出個位數(shù)碼
         num /= 10; // 取下一位數(shù)
         SRCLK = 1;
         SRCLK = 0;
     }
 ?
     RCLK = 1;
     RCLK = 0;
 }

審核編輯：湯梓紅