①采用單片機(jī)設(shè)計電子溫度計，選擇適合的感溫元件，溫度測量范圍-50℃～110℃；

②測量誤差小于0.1℃；

③LED數(shù)碼直讀顯示；

1.2總體方案分析

在單片機(jī)電路設(shè)計中，大多都是使用傳感器，所以本次設(shè)計采用溫度傳感器DS18B20。整個系統(tǒng)由單片機(jī)控制，溫度傳感器采用DS18B20。DS18b20采用單總線方式與單片機(jī)相連.把采集到得溫度信息傳給單片機(jī)。單片機(jī)采集到的溫度輸出到四個數(shù)碼管上進(jìn)行顯示。當(dāng)四位數(shù)碼管顯示的溫度超過上限值時可以實(shí)現(xiàn)報警功能。系統(tǒng)總體方案如圖1-1所示。

圖1-1 系統(tǒng)總體方案

2 電路設(shè)計2.1電路原理圖

電路原理圖如圖2-1所示；

圖2-1 電路原理圖

2.2電路PCB圖

電路PCB圖底層如圖2-2所示；

圖2-2 電路PCB底層圖

電路PCB頂層如圖2-3所示；

圖2-3 電路PCB頂層圖

電路PCB3D圖如2-4所示；

圖2-4 電路PCB3D圖

2.3設(shè)計計算及分析說明2.3.1時鐘電路和復(fù)位電路

①復(fù)位電路

復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。在本系統(tǒng)中，上電復(fù)位采用電平方式開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位采用RC電路，其中電容為10uF，電阻為10K。

②晶振電路

單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，它結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的，晶振提供的十種頻率越高，單片機(jī)運(yùn)行的速度也就越快。單片機(jī)的晶振頻率應(yīng)低于40MHZ，本設(shè)計中采用的晶振頻率為11.0592MHZ，在晶振上并聯(lián)兩個30pF電容。

時鐘電路和復(fù)位電路如圖2-5所示。

圖2-5 電路和復(fù)位電路圖

2.3.2溫度采集電路

DS18B20溫度傳感器是一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)９～１２位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：
    ①獨(dú)特的單線接口僅需要一個端口引腳進(jìn)行通信；
    ②多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；
    ③無須外部器件；
    ④可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0~5.5Ｖ；
    ⑤零待機(jī)功耗；
    ⑥溫度以９或１２位數(shù)字；
    ⑦用戶可定義報警設(shè)置；
    ⑧報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；
    ⑨負(fù)電壓特性，電極接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，只是不能正常工作。溫度采集電路如圖2-6所示。

圖2-6 溫度采集電路圖

DS18B20測溫原理如圖2.7所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預(yù)置值。

圖2-7 DS18B20測溫原理

2.3.3蜂鳴器報警電路

本設(shè)計報警系統(tǒng)使用蜂鳴器報警電路，在單片機(jī)程序內(nèi)設(shè)置了報警溫度的上下限值,當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度上限時，蜂鳴器提示；當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度下限時，蜂鳴器也會提示。報警功能是重要功能之一,在很多應(yīng)用場合下通過報警功能可以避免很多人力、財力的損失，蜂鳴器報警電路所測溫度超出上、下限溫度極限值時,為實(shí)現(xiàn)報警功能,設(shè)計了蜂鳴器報警電路。報警電路如圖2-8所示。

圖2-8 蜂鳴器報警電路圖

2.3.4位LED數(shù)碼管顯示電路

              在該電路中采用的是4位共陽極數(shù)碼管,通過P2.0~P2.3端來控制四位數(shù)碼管的亮滅,通過P0并行口來控制數(shù)碼管顯示的數(shù)值。使用數(shù)碼管時,采用動態(tài)掃描的方式, 動態(tài)顯示的特點(diǎn)是將所有位數(shù)碼管的段選線s一位數(shù)碼管有效。選亮數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。LED數(shù)碼管顯示電路圖如圖2-9所示。

圖2-9 LED數(shù)碼管顯示電路圖

2.3.5按鍵控制電路

本電路具有按鍵輸入功能，當(dāng)有按鍵被按下時，相對應(yīng)的引腳會變成低電平，便可確定是哪一個按鈕被按下。按鍵可設(shè)定報警溫度的上限值和下限值，如果當(dāng)前環(huán)境溫度不在設(shè)定范圍之內(nèi)，蜂鳴器就會報警。按鍵控制電路如圖2-10所示。

圖2-10 按鍵控制電路圖

2.4電路元件選擇

由Altium Designer的bill of material功能導(dǎo)出得到本次設(shè)計的所有元器件，電路元器件如圖2-11所示。

圖2-11 電路元器件清單圖

3 程序3.1程序流程圖及說明3.1.1主程序

主程序設(shè)計如圖3-1所示；

圖3-1 主程序流程圖

代碼：

//主函數(shù)

void main()

{

              beep=0;

              delay(10);

              while( 1 )

              {

              tmpchange();                  //溫度變換

              if(shu==0)

              {

                      displayTemp(tmp( ));

              }

              keyscan();                                          //鍵盤掃描

              if(shu==1)

              {

                      displayTemp(count);                //設(shè)置上限溫度值

               }

              if(shu==2)

              {

                      displayTemp(alarm);              //設(shè)置下限溫度值

              }

              if(shu==3)

              {

                 shu=0;            

               }

              if(temp>count||(temp              {

              beep=0;

              }

              else

              beep=1;

              }

}

3.1.2按鍵控制程序設(shè)計

在鍵盤掃描程序中，對按鍵初始化，然后判斷按鍵是否閉合，如果按鍵閉合，通過軟件延時去抖，最后通過顯示程序可以看到相應(yīng)的按鍵設(shè)置值，以做下一步指示，這是最基本的人機(jī)交互模式。按鍵控制流程如圖3-2所示。

圖3-2 按鍵控制流程圖

代碼：

//鍵盤掃描函數(shù)

uint keyscan()

{

              if(key1==0)

              {

                   delay(5);

                   if(key1==0)

                   {

                            while(!key1);

                            shu++;

                    }

              }

                          if(key2==0)

                           {

                                  delay(5);

                                  if(key2==0)

                                  {

                                     while(!key2);

                                     count=count+10;

                                       if(shu==2)

                                       {

                                            alarm+=10;

                                        }

                                   }

                           }

                               if(key3==0)

                               {

                                     delay(5);

                                     if(key3==0)

                                     {

                                              while(!key3);

                                              count=count-10;

                                                           if(shu==2)

                                                {

                                                      alarm-=10;

                                                 }

                                     }

                                                    }

      return(count);

}

3.1.3DS18B20初始化程序設(shè)計

DS18B20的初始化

(1)先將數(shù)據(jù)線置高電平”1”

(2)延時(該時間要求的不是很嚴(yán)格,但是盡可能的短一點(diǎn))
(3)數(shù)據(jù)線拉到低電平“0”
(4)延時750微秒(該時間的時間范圍可以從480到960微秒)
(5)數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”
(6)延時等待(如果初始化成功則在15到60毫秒時間之內(nèi)產(chǎn)生一個由DS18B20所返回的低電平”0”。據(jù)該狀態(tài)可以來確走它的存在,但是應(yīng)注意不能無限的進(jìn)行等待,不然會使程序進(jìn)入死循環(huán),所以要進(jìn)行超時控制)。
(7)若CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平“0”后,還要做延時,其延時的時間從發(fā)出的高電平算起第(5)步的時間算起)最少要480微秒。
(8)將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1后結(jié)束。

DS18B20初始化程序流程圖如圖3-3所示。

圖3-3 DS18B20初始化程序流程圖

代碼：

void dsreset()//發(fā)復(fù)位

{   

              uint i;

              DS=0;

              i=103;

              while(i>0)i--;

              DS=1;

              i=4;

              while(i>0)i--;

}

uchar tmpread()   //讀取一字節(jié)

{

              uchar j,k,dat;

              uint i;