基于51单片机的电子温度计系统的设计与实现
设计一个基于51单片机的电子温度计系统，其采用STC12C5A60S2芯片作为控制中心，DS18B20温度传感器为测温元件，LCD为显示器件。硬件设计部分包括温度传感电路设计、温度控制电路设计及显示电路设计；软件设计部分包括主程序设计、读温度子程序设计、温度转换命令子程序和计算温度子程序设计。根据设计方案，设计出来的温度计能实现温度采集和显示功能，能测量0 ～100℃之间的温度，测量精度为0.5℃。能根据需要任意设定上下限，使用方便，操作简单，具有高精度、高准确率、体积小和功耗低等优点。
ds18b20temp.h
#ifndef __DS18B20_TEMP_H_
#define __DS18B20_TEMP_H_
#include
//---重定义关键词---//
#ifndef uchar
#define uchar unsigned char
#endif
#ifndef uint
#define uint unsigned int
#endif
//--定义使用的IO口--//
sbit DSPORT=P3^7;
//--声明全局函数--//
void Delay1ms(uint );
uchar Ds18b20Init();
void Ds18b20WriteByte(uchar com);
uchar Ds18b20ReadByte();
void Ds18b20ChangTemp();
void Ds18b20ReadTempCom();
int Ds18b20ReadTemp();
#endif
lcd1602.h
#ifndef __LCD1602_H_
#define __LCD1602_H_
/**********************************
当使用的是4位数据传输的时候定义，
使用8位取消这个定义
**********************************/
//#define LCD1602_4PINS
/**********************************
包含头文件
**********************************/
#include
//---重定义关键词---//
#ifndef uchar
#define uchar unsigned char
#endif
#ifndef uint
#define uint unsigned int
#endif
/**********************************
PIN口定义
**********************************/
#define LCD1602_DATAPINS P0
sbit LCD1602_E=P2^7;
sbit LCD1602_RW=P2^5;
sbit LCD1602_RS=P2^6;
/**********************************
函数声明
**********************************/
/*在51单片机12MHZ时钟下的延时函数*/
void Lcd1602_Delay1ms(uint c); //误差 0us
/*LCD1602写入8位命令子函数*/
void LcdWriteCom(uchar com);
/*LCD1602写入8位数据子函数*/
void LcdWriteData(uchar dat) ;
/*LCD1602初始化子程序*/
void LcdInit();
#endif
ds18b20temp.c
#include"ds18b20temp.h"
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : Delay1ms
* 函数功能 : 延时函数
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void Delay1ms(uint y)
{
uint x;
for( ; y>0; y--)
{
for(x=110; x>0; x--);
}
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : Ds18b20Init
* 函数功能 : 初始化
* 输 入 : 无
* 输 出 : 初始化成功返回1，失败返回0
*******************************************************************************/
uchar Ds18b20Init()
{
uchar i;
DSPORT = 0; //将总线拉低480us~960us
i = 70;
while(i--);//延时642us
DSPORT = 1; //然后拉高总线，如果DS18B20做出反应会将在15us~60us后总线拉低
i = 0;
while(DSPORT) //等待DS18B20拉低总线
{
Delay1ms(1);
i++;
if(i>5)//等待>5MS
{
return 0;//初始化失败
}
}
return 1;//初始化成功
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : Ds18b20WriteByte
* 函数功能 : 向18B20写入一个字节
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void Ds18b20WriteByte(uchar dat)
{
uint i, j;
for(j=0; j<8; j++)
{
DSPORT = 0; //每写入一位数据之前先把总线拉低1us
i++;
DSPORT = dat & 0x01; //然后写入一个数据，从最低位开始
i=6;
while(i--); //延时68us，持续时间最少60us
DSPORT = 1; //然后释放总线，至少1us给总线恢复时间才能接着写入第二个数值
dat >>= 1;
}
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : Ds18b20ReadByte
* 函数功能 : 读取一个字节
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
uchar Ds18b20ReadByte()
{
uchar byte, bi;
uint i, j;
for(j=8; j>0; j--)
{
DSPORT = 0;//先将总线拉低1us
i++;
DSPORT = 1;//然后释放总线
i++;
i++;//延时6us等待数据稳定
bi = DSPORT; //读取数据，从最低位开始读取
/*将byte左移一位，然后与上右移7位后的bi，注意移动之后移掉那位补0。*/
byte = (byte >> 1) | (bi << 7);
i = 4; //读取完之后等待48us再接着读取下一个数
while(i--);
}
return byte;
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : Ds18b20ChangTemp
* 函数功能 : 让18b20开始转换温度
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void Ds18b20ChangTemp()
{
Ds18b20Init();
Delay1ms(1);
Ds18b20WriteByte(0xcc); //跳过ROM操作命令
Ds18b20WriteByte(0x44); //温度转换命令
//Delay1ms(100); //等待转换成功，而如果你是一直刷着的话，就不用这个延时了
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : Ds18b20ReadTempCom
* 函数功能 : 发送读取温度命令
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void Ds18b20ReadTempCom()
{
Ds18b20Init();
Delay1ms(1);
Ds18b20WriteByte(0xcc); //跳过ROM操作命令
Ds18b20WriteByte(0xbe); //发送读取温度命令
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : Ds18b20ReadTemp
* 函数功能 : 读取温度
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
int Ds18b20ReadTemp()
{
int temp = 0;
uchar tmh, tml;
Ds18b20ChangTemp(); // 先写入转换命令
Ds18b20ReadTempCom(); // 然后等待转换完后发送读取温度命令
tml = Ds18b20ReadByte(); // 读取温度值共16位，先读低字节
tmh = Ds18b20ReadByte(); // 再读高字节
temp = tmh;
temp <<= 8;
temp |= tml;
return temp;
}
lcd1602.h
#include "lcd1602.h"
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : Lcd1602_Delay1ms
* 函数功能 : 延时函数，延时1ms
* 输 入 : c
* 输 出 : 无
* 说 名 : 该函数是在12MHZ晶振下，12分频单片机的延时。
*******************************************************************************/
void Lcd1602_Delay1ms(uint c) //误差 0us
{
uchar a,b;
for (; c>0; c--)
{
for (b=199;b>0;b--)
{
for(a=1;a>0;a--);
}
}
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : LcdWriteCom
* 函数功能 : 向LCD写入一个字节的命令
* 输 入 : com
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
#ifndef LCD1602_4PINS //当没有定义这个LCD1602_4PINS时
void LcdWriteCom(uchar com) //写入命令
{
LCD1602_E = 0; // 使能
LCD1602_RS = 0; // 选择发送命令
LCD1602_RW = 0; // 选择写入
LCD1602_DATAPINS = com; //放入命令
Lcd1602_Delay1ms(1); //等待数据稳定
LCD1602_E = 1; //写入时序
Lcd1602_Delay1ms(5); //保持时间
LCD1602_E = 0;
}
#else
void LcdWriteCom(uchar com) //写入命令
{
LCD1602_E = 0; //使能清零
LCD1602_RS = 0; //选择写入命令
LCD1602_RW = 0; //选择写入
LCD1602_DATAPINS = com; //由于4位的接线是接到P0口的高四位，所以传送高四位不用改
Lcd1602_Delay1ms(1);
LCD1602_E = 1; //写入时序
Lcd1602_Delay1ms(5);
LCD1602_E = 0;
LCD1602_DATAPINS = com << 4; //发送低四位
Lcd1602_Delay1ms(1);
LCD1602_E = 1; //写入时序
Lcd1602_Delay1ms(5);
LCD1602_E = 0;
}
#endif
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : LcdWriteData
* 函数功能 : 向LCD写入一个字节的数据
* 输 入 : dat
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
#ifndef LCD1602_4PINS
void LcdWriteData(uchar dat) //写入数据
{
LCD1602_E = 0; // 使能清零
LCD1602_RS = 1; // 选择输入数据
LCD1602_RW = 0; // 选择写入
LCD1602_DATAPINS = dat; // 写入数据
Lcd1602_Delay1ms(1);
LCD1602_E = 1; // 写入时序
Lcd1602_Delay1ms(5); // 保持时间
LCD1602_E = 0;
}
#else
void LcdWriteData(uchar dat)//写入数据
{
LCD1602_E = 0; //使能清零
LCD1602_RS = 1; //选择写入数据
LCD1602_RW = 0; //选择写入
LCD1602_DATAPINS = dat; //由于4位的接线是接到P0口的高四位，所以传送高四位不用改
Lcd1602_Delay1ms(1);
LCD1602_E = 1; //写入时序
Lcd1602_Delay1ms(5);
LCD1602_E = 0;
LCD1602_DATAPINS = dat << 4; //写入低四位
Lcd1602_Delay1ms(1);
LCD1602_E = 1; //写入时序
Lcd1602_Delay1ms(5);
LCD1602_E = 0;
}
#endif
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : LcdInit()
* 函数功能 : 初始化LCD屏
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
#ifndef LCD1602_4PINS
void LcdInit() //LCD初始化子程序
{
LcdWriteCom(0x38); //开显示，且显示两行
LcdWriteCom(0x0c); //开显示不显示光标
LcdWriteCom(0x06); //写一个指针加1
LcdWriteCom(0x01); //清屏
LcdWriteCom(0x80); //设置数据指针起点
}
#else
void LcdInit() // LCD初始化子程序
{
LcdWriteCom(0x32); // 将8位总线转为4位总线
LcdWriteCom(0x28); // 在四位线下的初始化
LcdWriteCom(0x0c); // 开显示不显示光标
LcdWriteCom(0x06); // 写一个指针加1
LcdWriteCom(0x01); // 清屏
LcdWriteCom(0x80); // 设置数据指针起点
}
#endif
main.c
#include "reg52.h" // 此文件中定义了单片机的一些特殊功能寄存器
#include "ds18b20temp.h"
#include "lcd1602.h"
sbit BEEP= P1^7;
typedef unsigned int u16; // 对数据类型进行声明定义
typedef unsigned char u8;
//=============================================函数前向申明
void SysInit(void); // 系统初始化
void Do(void); // 系统执行
void DoShow(void); // 温度数据显示
void DoSetting(void); // 用户阈值设定
void SaveSetting(void); // 保存用户设设置
int KeyScan(void); // 按键扫描
void KeyListen(void); // 按键监听
void datapros(int temp); // 数据处理
void DisInterface(uchar *disp); // 显示界面
void DisTempData(void); // 显示温度数据
void DisTempThresholdData(void); // 显示阈值数据
void CursorPositionToChange(void); // 在指定位置修改数据
void Alarm(void); // 温度超阈值警报
//=============================================数据定义
u8 DispInterface1[]="Temperature Is: "; // 显示温度检测界面
u8 DispInterface2[]=" <--Setting--> "; // 显示温度阀值设置界面 1
u8 DispTempData[8]={0,0,0,'.',0,0,' ','C'}; // 显示温度值
u8 DispUpData[7]={'U',':','5','0','.','0','0'}; // 显示温度上限值
u8 DispDwData[7]={'D',':','2','0','.','0','0'}; // 显示温度下限值
int TempData,TempDataUP=5000,TempDataDW=2000; // 用于存储温度数据，温度上限，温度下限
u8 DoWhat= 0; // 事件执行标记 ：0为 温度数据显示，1 为温度阈值设置
int veluTemp= 0; // 用于存储数值增量
u8 isChange=0;
u8 CursorPosition=0; // 标识光标位置，共有八个位置
//char num= 0;
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : main
* 函数功能 : 主函数
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void main()
{
SysInit(); // 系统初始化
Do(); // 显示界面
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : SysInit
* 函数功能 : 系统初始化
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void SysInit(void)
{
LcdInit();
Ds18b20Init();
Ds18b20ReadTemp(); // 刷新，舍去无效数据
Ds18b20ReadTemp();
Ds18b20ReadTemp();
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : datapros()
* 函数功能 : 温度读取处理转换函数
* 输 入 : temp
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void datapros(int temp)
{
float tp;
if(temp< 0) // 当温度值为负数
{
DispTempData[0] = '-'; // 负温度
//因为读取的温度是实际温度的补码，所以减1，再取反求出原码
temp=temp-1;
temp=~temp;
tp=temp;
temp=tp*0.0625*100+0.5;
//留两个小数点就*100，+0.5是四舍五入，因为C语言浮点数转换为整型的时候把小数点
//后面的数自动去掉，不管是否大于0.5，而+0.5之后大于0.5的就是进1了，小于0.5的就
//算加上0.5，还是在小数点后面。
}
else
{
DispTempData[0] = '+'; // 正温度
tp=temp;//因为数据处理有小数点所以将温度赋给一个浮点型变量
//如果温度是正的那么，那么正数的原码就是补码它本身
temp=tp*0.0625*100+0.5;
//留两个小数点就*100，+0.5是四舍五入，因为C语言浮点数转换为整型的时候把小数点
//后面的数自动去掉，不管是否大于0.5，而+0.5之后大于0.5的就是进1了，小于0.5的就
//算加上0.5，还是在小数点后面。
}
TempData= temp % 10000;
//Disp[20] = (temp / 10000) + '0';
DispTempData[1] = (temp % 10000 / 1000) + '0';
DispTempData[2] = (temp % 1000 / 100) + '0';
DispTempData[4] = (temp % 100 / 10) + '0';
DispTempData[5] = (temp % 10) + '0';
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : DisInterface
* 函数功能 : 显示界面
* 输 入 : uchar *disp
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void DisInterface(uchar *disp)
{
u8 i;
LcdWriteCom(0x80); // 设置数据指针起点
for(i=0;i<16;i++)
LcdWriteData(disp[i]); // LCD12864显示数据
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : DisTempData
* 函数功能 : 显示温度数据
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void DisTempData(void)
{
LcdWriteCom(0xc4);
LcdWriteData(DispTempData[0]); // LCD12864显示数据
LcdWriteData(DispTempData[1]); // LCD12864显示数据
LcdWriteData(DispTempData[2]); // LCD12864显示数据
LcdWriteData(DispTempData[3]); // LCD12864显示数据
LcdWriteCom(0xc8);
LcdWriteData(DispTempData[4]); // LCD12864显示数据
LcdWriteData(DispTempData[5]); // LCD12864显示数据
LcdWriteData(DispTempData[6]); // LCD12864显示数据
LcdWriteData(DispTempData[7]); // LCD12864显示数据
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : DisTempThresholdData
* 函数功能 : 显示温度阈值数据
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void DisTempThresholdData(void)
{
u8 i=0;
LcdWriteCom(0xc0);
for(i=0; i<7;i++)
{
LcdWriteData(DispUpData[i]); // LCD12864显示数据
}
LcdWriteCom(0xc9);
for(i=0; i<7;i++)
{
LcdWriteData(DispDwData[i]); // LCD12864显示数据
}
LcdWriteCom(0x83);
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : Do
* 函数功能 : 事件执行
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void Do(void)
{
while(1)
{
Alarm(); // 温度超阈值时触发警报
(DoWhat == 0)? DoShow():DoSetting();
KeyListen(); // 按键监听
}
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : DoShow
* 函数功能 : 执行温度显示
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void DoShow(void)
{
if(isChange != 0)
{
LcdWriteCom(0x01); // 清屏
isChange= 0;
}
DisInterface(DispInterface1); // 温度显示界面
datapros(Ds18b20ReadTemp()); // 获取数据并处理
DisTempData(); // 显示温度数据
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : DoSetting
* 函数功能 : 执行阈值设置
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void DoSetting(void)
{
if(isChange != 0)
{
LcdWriteCom(0x01); // 清屏
isChange= 0;
}
DisInterface(DispInterface2); // 温度设置界面
CursorPositionToChange(); // 指定位置显示光标，光标闪动，可以修改数据
DisTempThresholdData(); // 显示阈值数据
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : KeyListen
* 函数功能 : 按键监听
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void KeyListen(void)
{
int KeyVelu= KeyScan();
if( KeyVelu != -1) // 有按键按下
{
switch(KeyVelu)
{
case 1: // 按键表示切换功能
{
DoWhat = (DoWhat+1)%2;
isChange= 1;
break;
}
case 2:
{ // +
if(DoWhat == 1)
{
switch(CursorPosition)
{
case 1:
{
veluTemp= (veluTemp+1)%10;
DispUpData[2]= '0'+veluTemp;
break;
}
case 2:
{
veluTemp= (veluTemp+1)%10;
DispUpData[3]= '0'+veluTemp;
break;
}
case 3:
{
veluTemp= (veluTemp+1)%10;
DispUpData[5]= '0'+veluTemp;
break;
}
case 4:
{
veluTemp= (veluTemp+1)%10;
DispUpData[6]= '0'+veluTemp;
break;
}
case 5:
{
veluTemp= (veluTemp+1)%10;
DispDwData[2]= '0'+veluTemp;
break;
}
case 6:
{
veluTemp= (veluTemp+1)%10;
DispDwData[3]= '0'+veluTemp;
break;
}
case 7:
{
veluTemp= (veluTemp+1)%10;
DispDwData[5]= '0'+veluTemp;
break;
}
case 8:
{
veluTemp= (veluTemp+1)%10;
DispDwData[6]= '0'+veluTemp;
break;
}
default :
{
break;
}
}
}
break;
}
case 3:
{ // -
if(DoWhat == 1)
{
switch(CursorPosition)
{
case 1:
{
veluTemp--;
if(veluTemp < 0)
veluTemp= 9;
DispUpData[2]= '0'+veluTemp;
break;
}
case 2:
{
veluTemp--;
if(veluTemp < 0)
veluTemp= 9;
DispUpData[3]= '0'+veluTemp;
break;
}
case 3:
{
veluTemp--;
if(veluTemp < 0)
veluTemp= 9;
DispUpData[5]= '0'+veluTemp;
break;
}
case 4:
{
veluTemp--;
if(veluTemp < 0)
veluTemp= 9;
DispUpData[6]= '0'+veluTemp;
break;
}
case 5:
{
veluTemp--;
if(veluTemp < 0)
veluTemp= 9;
DispDwData[2]= '0'+veluTemp;
break;
}
case 6:
{
veluTemp--;
if(veluTemp < 0)
veluTemp= 9;
DispDwData[3]= '0'+veluTemp;
break;
}
case 7:
{
veluTemp--;
if(veluTemp < 0)
veluTemp= 9;
DispDwData[5]= '0'+veluTemp;
break;
}
case 8:
{
veluTemp--;
if(veluTemp < 0)
veluTemp= 9;
DispDwData[6]= '0'+veluTemp;
break;
}
default :
{
break;
}
}
}
break;
}
case 4:
{ // <---
if(DoWhat == 1)
{
CursorPosition--;
if(CursorPosition == 0)
CursorPosition= 8;
}
break;
}
case 5:
{ // --->
if(DoWhat == 1)
{
CursorPosition++;
if(CursorPosition == 9)
CursorPosition= 1;
}
break;
}
case 6:
{ // 确认
if(DoWhat == 1)
{
SaveSetting(); // 保存设定的数据
DoWhat= 0; // 事件重回温度显示
isChange= 1;
}
break;
}
case 7:
{
if(DoWhat == 1)
{
}
break;
}
default:
{
if(DoWhat == 1)
{
}
break;
}
}
}
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : KeyScan
* 函数功能 : 按键扫描
* 输 入 : 无
* 输 出 : u8类型的按键编号
*******************************************************************************/
int KeyScan(void)
{ // 返回1~7 表示K1（P1.0）~K7(P1.7) ,无按键按下时，返回-1
if((P1 & 0x7f) != 0x7f) // 说明可能有按键按下
{
Delay1ms(10); // 延时消抖
if((P1 & 0x7f) != 0x7f) // 说明确实有按键按下
{
switch(P1 & 0x7f)
{
case 0x7e: // 0111 1110
return 1;
case 0x7d: // 0111 1101
return 2;
case 0x7b: // 0111 1011
return 3;
case 0x77: // 0111 0111
return 4;
case 0x6f: // 0110 1111
return 5;
case 0x5f: // 0101 1111
return 6;
case 0x3f: // 0011 1111
return 7;
default:
return 0;
}
}
return -1;
}
else
return -1;
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : CursorPositionToChange
* 函数功能 : 在指定位置显示光标并，执行数据修改
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void CursorPositionToChange(void)
{
switch(CursorPosition)
{
case 1:
{
LcdWriteCom(0xc2);
LcdWriteData(' '); // LCD12864显示数据
Delay1ms(30); // 延时消抖
break;
}
case 2:
{
LcdWriteCom(0xc3);
LcdWriteData(' '); // LCD12864显示数据
Delay1ms(30); // 延时消抖
break;
}
case 3:
{
LcdWriteCom(0xc5);
LcdWriteData(' '); // LCD12864显示数据
Delay1ms(30); // 延时消抖
break;
}
case 4:
{
LcdWriteCom(0xc6);
LcdWriteData(' '); // LCD12864显示数据
Delay1ms(30); // 延时消抖
break;
}
case 5:
{
LcdWriteCom(0xcb);
LcdWriteData(' '); // LCD12864显示数据
Delay1ms(30); // 延时消抖
break;
}
case 6:
{
LcdWriteCom(0xcc);
LcdWriteData(' '); // LCD12864显示数据
Delay1ms(30); // 延时消抖
break;
}
case 7:
{
LcdWriteCom(0xce);
LcdWriteData(' '); // LCD12864显示数据
Delay1ms(30); // 延时消抖
break;
}
case 8:
{
LcdWriteCom(0xcf);
LcdWriteData(' '); // LCD12864显示数据
Delay1ms(30); // 延时消抖
break;
}
default :
{
break;
}
}
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : SaveSetting
* 函数功能 : 保存用户设置
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void SaveSetting(void)
{
TempDataUP= (DispUpData[2]-'0')*1000+ (DispUpData[3]-'0')*100+ (DispUpData[5]-'0')*10+ (DispUpData[6]-'0');
TempDataDW= (DispDwData[2]-'0')*1000+ (DispDwData[3]-'0')*100+ (DispDwData[5]-'0')*10+ (DispDwData[6]-'0');
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : Alarm
* 函数功能 : 温度超阈值警报
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void Alarm(void)
{
if((TempData < TempDataDW) || (TempData > TempDataUP))
{
BEEP= 1;
Delay1ms(60);
BEEP= 0;
Delay1ms(30);
}
}