【導(dǎo)讀】部件來設(shè)計數(shù)字溫度計，并用LED數(shù)碼管來顯示溫度結(jié)果。本設(shè)計包括搭建硬件電路和軟件設(shè)。[1]樓然苗，李光飛．51系列單片機設(shè)計實例．北京：航天航空大學(xué)出版社.[2]梅麗鳳．單片機原理及接口技術(shù)．北京：清華大學(xué)出版社.[3]何立民．單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計．北京：航空航天大學(xué)出版社.1．月--1月收集相關(guān)資料，完成開題報告；2．月--3月確定設(shè)計方案，編寫程序并進行調(diào)試；3．月--4月撰寫論文；4．2020年5月定稿，準備答辯。在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要用到溫度的檢測及控制，傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和熱電阻。本數(shù)字溫度計設(shè)計采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820. 下水沸騰的溫度定為212℉，用℉代表華氏溫度，這就是華氏溫度計。數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，也具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，于將所學(xué)的專業(yè)知識更好地應(yīng)用于實踐中。完成這項設(shè)計所采取的主要措施有兩條：一是密切聯(lián)系。建議畢業(yè)設(shè)計的方向，并提供一些參考課題及如何查閱資料來完成論文。

　　

【正文】 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R E T9P 3. 212P 3. 313P 3. 414P 3. 5152931P 3. 010P 3. 111GND20V C C40P 0. 039P 0. 138P 0. 237P 0. 336P 0. 435P 0. 534P 0. 633P 0. 732A L E30P 2. 728P 2. 627P 2. 526P 2. 425P 2. 324P 2. 223P 2. 122P 2. 021P 3. 717P 3. 616XTAL218XTALI19A T 89 S 5 2V C CV C CC1 C2V C CV C C123D S 18 B 2 0+5 圖 4 單片機接口電路圖 溫度信號由 DS18B20 檢測由 口輸入到單片機中進行處理，顯示部分通過單片機的 口、 口、 口通過 MAX7219 驅(qū)動 LED 數(shù)碼管完成 [3]。 單片機的時鐘電路利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在 XTALI， XTAL2 的引腳上外接定時元件內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩，定時元件可以采用石英晶體 和電容組成的并聯(lián)諧振電路，其連接方法如圖 4 所示。晶振可以在 ~12MHz 之間任選，本電路選 。電容通常在 20pF6OpF 之間選擇，通常為 30pF 左右，本電路選 30pF，電容器 C1 和 C2 的大小對振蕩頻率有微小影響，可起頻率微調(diào)作用。在設(shè)計印刷電路板時，晶體和電容應(yīng)盡可能與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，保證振蕩器的可靠工作，一般采用瓷片電容 [4]。 顯示電路的設(shè)計 在單片機系統(tǒng)設(shè)計中， LED 顯示方式由于亮度高、顯示醒目、使用壽命長、方便、價格低廉等優(yōu)點在工業(yè)用儀器儀表中得到廣泛 應(yīng)用。而其驅(qū)動方式有多種形式，在采用并行顯示方式時，顯示電路的段碼與位控碼要占用單片機的較多口線，盡管可采用 8155 等接口芯片進行擴展，但口線利用率仍較低，不能滿足大型控制系統(tǒng)的要求。采用串行顯示方式則只需占用 2 至 3 根口線，節(jié)約單片機大量的 1/O 線，且使用效果很好。一般要求控制芯片使用簡單、功能多樣化、多級灰度調(diào)節(jié)、外圍電路精簡可靠、譯碼與功率驅(qū)動于一體。單片機通過 LED 驅(qū)動電路送顯示值到數(shù)碼管，通過譯碼選擇某個數(shù)碼管顯示溫度值的某一位，可以動態(tài)循環(huán)掃描、軟件實現(xiàn)方式顯示設(shè)定值，動態(tài)顯示的掃描頻率一般在 50Hz 以上，每個數(shù) 10 碼管能有 lms 的導(dǎo)通時間，則肉眼感覺不到閃爍。本課題采用一種基于 MAX7219 的 LED串行顯示技術(shù)。具體電路如圖 5 所示。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 3 M a y 20 0 8 S he e t o f F i l e : D : \ p r o t e l 9 9s e \ 新建文件夾 \ E xa m p l e s \ M y D e s i g n 2 .d dbD r a w n B y:Q11Q22Q33Q44Q55Q66Q77Q88Q99Q 1 010Q 1 111Q 1 212Q 1 313Q 1 4147 4H C 5 9 52116731058c l k13124cs1218S E G D P22S E G g17S E G f15S E G e21S E G d23S E G c20S E G b16S E G a14Q364gnd919M A X 7 21 9D I G 0D I G 1D I G 2D I G 3D I G 4D I G 5D I G 6D I G 7P 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3R?R E S 2V C CV C CP 1. 3V C CabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpD P Y _7 S E G _D PabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpD P Y _7 S E G _D PabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpD P Y _7 S E G _D PabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpD P Y _7 S E G _D PabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpD P Y _7 S E G _D PabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpD P Y _7 S E G _D PabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpD P Y _7 S E G _D PabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpD P Y _7 S E G _D PabCdefgdpD I G 0 D I G 1 D I G 2 D I G 3D I G 4D I G 5D I G 6D I G 7 圖 5 顯示電路原理圖 顯示部分由 8 個 8 段數(shù)碼管組成，用來顯示實測溫度。單片機可通過智能驅(qū)動芯片MAX7219 來控制 LED 以便對溫度、時鐘日歷的實時顯示。顯示電路與單片機的連接如顯示電路圖 5 所示， DIN 接單片機的 口，此接口用來接收需要顯示的數(shù)據(jù)： CS 接 ，CLK 接 。 MAX7219 應(yīng)連接共陰極數(shù)碼管。本 課題選用兩片數(shù)碼管 LG2841AH，每片上集有 4 個 LED，共用 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 DP 段碼，分別接 SEGa， SEGb， SEGc， SEGd， SEGe， SEGf， SEG9， SEGh， SEGDP 上，哪一位顯示由 MAX7219 的 DIGODIG78 八個位碼接至數(shù)碼管的 I、 III、 II、 IV 控制。段驅(qū)動電流可通過 V+管腳和 ISET 管腳之間所接的外部電阻 RSET 來控制， RSET 電阻越大段電流越小。其最小值不小于 9530 歐姆，此時典型段電流為 37mA。為了減少外界的干擾，應(yīng)在 MAX7219V 十管腳和 GND 管腳 之間加上一個 11 的滌綸電容和一個 470UF 的電解電容。 AT89S52 對 LED 管的顯示可分為靜態(tài)和動態(tài)兩種。本文采用動態(tài)顯示，其優(yōu)點為： (1)能降低顯示器的功耗。 (2)能大大減少顯示器的外部接線，給安裝調(diào)試帶來方便。 LED 動態(tài)顯示原理：本文將位選碼和段選碼通過 MAX7219 傳送，位選碼和段選碼通過串行口送到 MAX7219，再利用MAX7219 的串入并出特性送到數(shù)碼管進行顯示。由于各個數(shù)碼管的段選線并聯(lián)，段選碼的輸出對各個數(shù)碼管都是相同。因此同一時刻如果各個數(shù)碼管的位選線都處于選通狀態(tài)的話，8 位 LED 將顯示相同字符。若要各位 LED 顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，就必須采用掃描顯示方式。即在某一時刻只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)而其它各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài) .同時段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的代碼這樣同一時刻 8 位 LED 中只有選通的那一位顯示出字符，而其它位則是熄滅的。此循環(huán)下去就可以使各位數(shù)碼管顯示出將要顯示的字符。顯然，這些字符是在不同時刻出現(xiàn)的，而且同一時刻只有一位顯示其它各位熄滅，但由于各位數(shù)碼管的通斷時間是非常短的，且人眼有視覺暫留現(xiàn)象，只要每位顯示間隔足夠短則可造成多位同時亮的假象達到顯示的目的 。 數(shù)據(jù)首先加載到 MAX7219 芯片內(nèi)部 16 位移位寄存器中，然后通過 由低到高的電平轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)串行輸入數(shù)據(jù)的最后 16 位被鎖定到數(shù)字和控制寄存器。系統(tǒng)運行首先向MAX7219 芯片的控制寄存器傳輸控制字，并對 16 位數(shù)字寄存器進行初始化。然后，依據(jù)儀表的設(shè)定狀態(tài)、運行狀態(tài)的參數(shù)及數(shù)值改變 16 位數(shù)字寄存器相應(yīng)地址的數(shù)據(jù)位，實現(xiàn)參數(shù)及數(shù)值顯示更新 [5]。 MAX7219 簡介 常用的專用數(shù)碼管顯示驅(qū)動電路有 8279 和 MAX7219，前者因近年來停產(chǎn)而很少人使 用；后者因使用方便靈活，連線簡單，不占用數(shù)據(jù)存儲器 空間，使用的人則越來越多。MAX7219 是一種高集成化八位串行輸入輸出的共陰 LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描驅(qū)動電路，其峰值段電流可達 40mA，最高串行掃描速率為 l0MHz，典型掃描速率為 1300Hz，僅使用單片機 3個 1/0 口，即可完成對八位 LED 數(shù)碼管的顯示控制和驅(qū)動，線路非常簡單，控制方便，外圍電路僅需一個電阻設(shè)定峰值段電流，同時可以通過軟件設(shè)定其顯示亮度；還可以通過級聯(lián)，完成對多于八位的數(shù)碼管的控制顯示。值得一提的是，當工作于關(guān)閉 (SHUTDOWN)方式時，不僅單片機仍可對其傳送數(shù)據(jù)和修改控制方式，而且芯片耗電僅 為 150UA。 MAX7219 內(nèi)部設(shè)有掃描電路，除了更新顯示數(shù)據(jù)時從單片機接收數(shù)據(jù)外，平時獨立工作，極大地節(jié)省了MCU 有限的運行時間和程序資源。 MAX7219 芯片上包括 BCD 譯碼器、多位掃描電路、段驅(qū)動器、位驅(qū)動器和用于存放每個數(shù)據(jù)位的 8x8 靜態(tài) RAM 以及數(shù)個工作寄存器。通過指令設(shè)置這些工作寄存器，可以使 MAX7219 進入不同的工作狀態(tài)。 MAX7219 的 DIN 為串行數(shù)據(jù)輸入端。當 CLK 為上升沿時，數(shù)據(jù)被載入 16bit 內(nèi)部移位寄存器； CLK 為串行移位脈沖輸入端。其最大工作頻率可達 l0MHZ； CS 為片選端，當區(qū)為低電平時，芯片接收來自 DIN 的數(shù)據(jù)，接收完畢，區(qū)回到高電平時，接收的數(shù)據(jù)將被鎖定； 12 DIG0DIG7 為吸收顯示器共陰極電流的位驅(qū)動線。其最大值可達 500mA，關(guān)閉狀態(tài)時，輸出 +VCC； SEGASEGG， DP 為驅(qū)動顯示器 7 段及小數(shù)點的輸出，電流一般為 40mA 左右，可軟件調(diào)整，關(guān)閉狀態(tài)時，接入 GND； DOUT 為串行數(shù)據(jù)輸出端，通常直接接入下一片MAX7219 的 DNI 端；硬件亮度調(diào)節(jié)端。 MAX7219 內(nèi)部寄存器和工作模式 對 MAX7219 的控制操作很方便 ，其片內(nèi)具有 8 個數(shù)據(jù)寄存器和 6 個控制寄存器，數(shù)據(jù)寄存器存放預(yù)顯示的數(shù)碼值，控制寄存器決定 LED 的工作方式。 MAX7219 通過輸入的數(shù)據(jù) 包中的高 8 位，決定寄存器的選擇，低 8 位為寄存器的數(shù)據(jù)或指令。操作者只需編程發(fā)送16 位數(shù)據(jù)包，就能簡單地操作 LED 的位選以及段選，設(shè)置和改變 MAX7219 的工作模式。16 位數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)格式如表 1： 表 1 16 位數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)格式 D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 ADDRESS MSBDADALSB 其中， D7D0： 8 位數(shù)據(jù)位， D7 最高位， D0 為最底位； D11D8： 4 位地址位； D15D12：無關(guān)位。任選，本課題選 0。控制寄存器包括：譯碼模式，顯示亮度調(diào)節(jié)，掃描限制 (選擇掃描位數(shù) )，關(guān)斷和顯示測試寄存器。 MAX7219 的驅(qū)動程序首先必須對 5 個控制寄存器初始設(shè)置即初始化，各控制寄存器設(shè)置含義如下： (1)譯碼模式選擇寄存器 (地址 =F9H)：共有 4 種譯碼模式供選擇，當數(shù)據(jù)位全 1 時選“譯 碼方式”。本課題選擇此方式。 (2)亮度調(diào)節(jié)寄存器：地址 =XAH；共有 16 級選擇，用于 LED 顯示亮度的 強弱設(shè)置。分16 個亮度級，即以 16 步從峰值電流最值的 31/32 減到 1/32 來調(diào)節(jié)段電流，每步減少 2/32。31/32 對應(yīng) 16 進制碼為 XF， 1/32 對應(yīng) 16 進制碼為 X0。 (3)關(guān)斷模式寄存器：地址 =XCH；有兩種模式選擇：一種是關(guān)斷狀態(tài)模式 (D0=0)；一種是正常操作狀態(tài) (D0=1)，通常選擇正常操作狀態(tài)。 (4)顯示測試寄存器：地址 =XFH；有兩種選擇用于設(shè)置是測試狀態(tài)還是正常操作狀態(tài)：