一、项目背景
数字温度计是一种用于测量和显示环境温度的设备。本文章介绍基于STC89C52主控芯片的数字温度计的设计过程和实现原理。该设计采用DS18B20温度传感器进行温度采集，使用LCD1602显示屏进行温度显示，通过按键设置温度的上限和下限阀值，并通过蜂鸣器进行报警。
二、系统架构
数字温度计的系统架构如下所示：
（1）硬件部分：主控芯片STC89C52、DS18B20温度传感器、LCD1602显示屏、按键、蜂鸣器；
（2）软件部分：嵌入式C语言程序。
三、系统功能设计
【1】温度采集：通过DS18B20温度传感器采集环境温度；
【2】温度显示：使用LCD1602显示屏显示当前环境温度；
【3】阈值设置：通过按键设置温度的上限和下限阀值；
【4】报警功能：当温度超出阀值时，蜂鸣器发出报警信号。
四、整体设计
4.1 硬件设计
【1】主控芯片选择：STC89C52，具有较好的性能和丰富的外设资源，适合作为数字温度计的核心处理器；
【2】温度传感器：采用DS18B20温度传感器，利用其一线通信功能实现温度采集；
【3】显示屏：使用LCD1602显示屏，通过并口连接到主控芯片，实时显示温度信息；
【4】按键：通过按键设置温度阀值，包括上限和下限；
【5】蜂鸣器：当温度超出阀值时，蜂鸣器发出报警信号。
4.2 软件设计
【1】GPIO配置：配置主控芯片的GPIO引脚，包括DS18B20温度传感器的引脚、LCD1602显示屏的引脚、按键的引脚和蜂鸣器的引脚；
【2】DS18B20通信：利用主控芯片的IO口实现与DS18B20温度传感器的一线通信，获取温度数据；
【3】LCD显示：通过并口通信协议，将温度数据发送给LCD1602显示屏进行显示；
【4】按键检测：使用外部中断方式监听按键引脚的状态变化，当按键被按下时，进入设置模式，并根据按键次数调整温度阀值；
【5】温度比较和报警：在主循环中，不断比较当前温度与设置的阀值，当温度超出阈值时，触发蜂鸣器报警。
五、源代码
#include
// 定义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;
// 定义全局变量
unsigned int highTemp = 30; // 温度上限
unsigned int lowTemp = 20; // 温度下限
unsigned int currentTemp = 0; // 当前温度
// 延时函数
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; // 设置DQ为输出
delay(1);
DQ = 0; // 主机拉低DQ线
delay(75);
DQ = 1; // 主机释放DQ线
delay(4);
presence = DQ; // 从机检测到的应答信号
delay(20);
return presence;
}
// DS18B20写字节
void Write_DS18B20(unsigned char dat) {
unsigned char i;
for (i = 0; i < 8; i++) {
DQ = 0; // 主机拉低DQ线
_nop_();
DQ = dat & 0x01; // 写数据位
delay(5);
DQ = 1; // 主机释放DQ线
dat >>= 1;
}
}
// DS18B20读字节
unsigned char Read_DS18B20() {
unsigned char i, dat;
for (i = 0; i < 8; i++) {
DQ = 0; // 主机拉低DQ线
_nop_();
DQ = 1; // 主机释放DQ线
_nop_();
dat >>= 1;
if (DQ)
dat |= 0x80; // 读数据位
delay(5);
}
return dat;
}
// 读取温度
unsigned char ReadTemperature() {
unsigned char temp_h, temp_l;
Init_DS18B20();
Write_DS18B20(0xCC); // 跳过ROM指令
Write_DS18B20(0xBE); // 发送读温度命令
temp_l = Read_DS18B20(); // 读低字节
temp_h = Read_DS18B20(); // 读高字节
currentTemp = temp_h;
return temp_l;
}
// LCD初始化
void LCD_Init() {
delay(15);
Write_Command(0x38); // 设置8位数据总线，2行显示，5x7点阵
Write_Command(0x0C); // 显示器打开，光标关闭
Write_Command(0x06); // 光标右移，显示器不移动
Write_Command(0x01); // 显示清屏
}
// LCD写命令
void Write_Command(unsigned char com) {
RS = 0;
RW = 0;
E = 1;
P0 = com;
delay(1);
E = 0;
}
// LCD写数据
void Write_Data(unsigned char dat) {
RS = 1;
RW = 0;
E = 1;
P0 = dat;
delay(1);
E = 0;
}
// LCD显示温度
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); // 第一行第一个字符位置
Write_String("Temp: ");
Write_Command(0x86); // 第一行第七个字符位置
Write_String(temp_str);
Write_Command(0xC0); // 第二行第一个字符位置
Write_String("High: ");
Write_Command(0xC6); // 第二行第七个字符位置
Write_Char(highTemp / 10 + '0');
Write_Char(highTemp % 10 + '0');
Write_Command(0xCB); // 第二行第十个字符位置
Write_String("Low: ");
Write_Command(0xCF); // 第二行第十四个字符位置
Write_Char(lowTemp / 10 + '0');
Write_Char(lowTemp % 10 + '0');
}
// LCD写字符串
void Write_String(unsigned char *str) {
while (*str != '\0') {
Write_Data(*str);
str++;
}
}
// LCD写字符
void Write_Char(unsigned char dat) {
Write_Data(dat);
}
// 蜂鸣器报警
void Alarm() {
Buzzer = 0;
delay(500);
Buzzer = 1;
delay(500);
}
// 按键扫描
void Key_Scan() {
if (K1 == 0) { // K1按下，设置高温
delay(5);
if (K1 == 0) {
highTemp++;
Write_Command(0xCB); // 第二行第十个字符位置
Write_Char(highTemp / 10 + '0');
Write_Char(highTemp % 10 + '0');
while (!K1);
}
}
if (K2 == 0) { // K2按下，设置低温
delay(5);
if (K2 == 0) {
lowTemp--;
Write_Command(0xCF); // 第二行第十四个字符位置
Write_Char(lowTemp / 10 + '0');
Write_Char(lowTemp % 10 + '0');
while (!K2);
}
}
}
// 主函数
void main() {
LCD_Init();
while (1) {
ReadTemperature(); // 读取温度
Display_Temperature(currentTemp); // 显示温度
if (currentTemp > highTemp || currentTemp < lowTemp) { // 温度超出阈值，触发报警
Alarm();
}
Key_Scan(); // 按键扫描
}
}
代码最开始定义了一些用于控制硬件的IO口，如DQ用于连接温度传感器、RS、RW、E用于连接LCD显示屏、K1、K2用于连接按键、Buzzer用于连接蜂鸣器。接下来定义了一些全局变量，包括高温上限、低温下限以及当前温度。然后是一些函数的定义和实现，包括延时函数、DS18B20温度传感器初始化函数、写字节函数、读字节函数等。
ReadTemperature() 函数用于读取温度传感器的温度值，并将其保存到 currentTemp 变量中。
LCD_Init() 函数用于初始化LCD显示屏。
Write_Command() 和 Write_Data() 函数用于向LCD显示屏写入命令和数据。
Display_Temperature() 函数用于在LCD显示屏上显示当前温度、高温上限和低温下限。
Alarm() 函数用于触发蜂鸣器报警。
Key_Scan() 函数用于扫描按键状态，根据按键状态来修改高温上限和低温下限。
主函数 main() 中的逻辑：
调用 LCD_Init() 初始化LCD显示屏。进入一个无限循环，不断读取当前温度并显示在LCD上。如果当前温度超过设定的高温上限或低于设定的低温下限，就触发报警。通过按键扫描函数来修改高温上限和低温下限。
六、总结
本文章详细介绍了基于STC89C52主控芯片的数字温度计的设计过程和实现原理。通过集成DS18B20温度传感器、LCD1602显示屏、按键和蜂鸣器等功能，实现了温度的采集、显示和报警功能。通过按键设置温度的上限和下限阀值，用户可以根据需要进行调整，并在超出阀值时触发报警，提醒用户注意环境温度的变化。该设计可以广泛应用于家庭、办公室和实验室等场景，为用户提供了方便、准确和实用的温度监测工具。
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