设计要求

1. 掌握行列式键盘的工作原理及LED动态显示方式下的工作原理；
2. 了解18B20单总线温度传感器的工作原理及相关程序的编写；
3. 掌握常用的报警输出及功率接口电路的设计；
4. 了解设计一个独立、完整系统的步骤及有关注意事项，培养独立解决问题的能力。
5. 进一步熟悉单片机开发软件keil5，掌握工程的设置方法、工程的编译、调试等步；
6. 复习行列式键盘识别中的扫描法和线反转法，了解各自的特点；
7. 理解LED显示中动态扫描法和静态扫描法各自的特点及应用场合；

系统设计过程

1. 系统总体方案设计

本设计主要是以单片机来实现对温度的采集，其中AT89C51芯片为控制核心。该系统包括单片机最小系统、传感器电路、报警电路、LED数码管显示电路、继电器工作电路、电源电路六大部分组成，实时监控温度的变化后通过LED数码管来显示温度的数值，扩展功能为可以通过按键设置上下限报警值，一般情况下，电路正常显示绿灯，若温度超出所设定的上限值时，报警器开始报警，并且继电器电扇开始工作进行降温，同时上方灯（ledh）亮的工作指示灯亮起；若温度低于所设定的下限值时下方灯（ledl）亮的工作指示灯也亮起，从而可以远程实现对整个温度系统的管理与控制。

方案一:采用纯硬件的闭环控制系统。

方案二:测温电路的设计，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。

方案三:考虑使用数字温度传感器，结合单片机电路设计，采用一只DS18B20温度传感器，直接读取被测温度值，之后进行转换，依次完成设计要求。

方案比较:方案一优点在于速度较快，但可靠性比较差控制精度比较低、灵活性小、线路复杂、调试、安装都不方便，且要实现题目所有的要求难度较大。方案二采用模拟温度传感器，数据处理麻烦，且容易产生信号失真。方案三可以只用一根线实现信号的双向传输，具有接口简单容易扩展等优点。DS18B20可以直接温度转换为串行数字信号，供单片机进行处理，具有低功耗、商性能、抗干扰能力强等优点。比较以上三种方案，很容易看出，采用方案三，电路比较简单，软件设计容易实现，故实际设计中拟采用方案三。

2. 硬件电路设计

温度传感器DS18B20可以直接读取被测温度值.进行数值转换，模拟温度值经过DS18B20处理后将转换为数字值，将数值送到单片机中进行数据处理，同时与上下限进行比较，超过限度后通过发光二极管显示报警。同时处理后的数据送到数码管中显示。此外，设置了按键，可以手动输入要保持的温度值，实测温度值与设定值相比，以控制加热或散热模块运行，同也可以手动输入设定时间，对恒温控制进行定时功能。

本课足以AT89S1/52单片机为核心设计的一种数字温度控制系统，该系统整体硬件电路包括：24VDC电源电路、单片机主板电路、传感器数据采集电路、温度和时问显示电路、设定按键电路、加热和散热电路等组成。

系统框图主要由主控制器、单片机复位、按键设置、时钟振荡、数码管显示、温度传感器组成。8051单片机主要由以下几部分组成：

CPU系统；

81CPU；

时钟电路；

总线控制逻辑；

存储器系统；

4K字节的程序存储器（ROM。可外扩至64KB）；

128字节的数据存储器（RAM，可再外扩64KB）；

特殊功能寄存器SFR；

I/O口和其它功能单元；

4个并行的IO口；

2个16位定时/计数器；

1个全双工异步串行口；

5个中断源；

3. 软件设计

整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本确定下来。从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块之间的关系。二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。模块分为：毫秒延迟模块、微秒延迟模块、数码管显示模块、扫描键盘模块、返回键盘位置模块、初始化温度传感器模块、向温度传感器写入模块、温度传感器读取字符模块、传感器读取温度模块、切换显示标志模块、警告显示模块、温度设置模块、中断模块。

总原理图及元器件清单

1．总原理图

2.元件清单

性能分析

设计内容包括两部分，一是对系统硬件部分的设计，包括温度采集电路和显示电路，二是系统软件部分的设计，通过C语言编写程序实现温度的采集与显示。这种温度测量系统的优点体现在成本低廉、性价比高、测量精度高、性能稳定等。

本设计采用AT89C51芯片作为控制核心，它具有如下特点：
（1）兼容MCS51指令系统；
（2）4K字节可编程FLASH存储器，128×8位内部RAM；
（3）32可编程I/O线，两个16位定时器/计数器；
（4）全静态工作：0Hz-24MHz；
（5）5个中断源，可编程串行通道；
（6）低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。

本设计采用数字温度传感器DS18B20作为测为测温元件，它具有如下特点：
（1）只要求一个端口即可实现通信；
（2）在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号；
（3）实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温；
（4）测量温度范围在一55℃到+125℃之间，可满足满足指标要求；
（5）数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择；
（6）内部有温度上、下限告警设置，可用于报警设计。

本设计采用LED数码管（7SEG-MPX6-CA）作为温度显示元件，它具有如下特点：
（1）共阳数码管共阳端直接接电源，不需要上拉电阻，则亮度较高；
（2）若用共阴数码管，单片机上电和复位后所有的I/O口都是高电位，即当单片机上电后，电流经过数码管的位流向共阴至地，数码管就会亮，耗电大，不节能，需要每次编程序时把位控制端赋予低电平，则显得麻烦。

代码

#include<reg52.h>
#include<math.h>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
#define SMG P0
sbit RED=P1^4;
sbit GREEN=P1^5;
sbit SMG1=P1^0;
sbit SMG2=P1^1;
sbit SMG3=P1^2;
sbit SMG4=P1^3;
sbit SENS=P3^6;
sbit RELAY=P1^6;
uchar S[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x38,0x40,0x00};  //10=A, 11=L, 12=-, 13=null
bit convflag=0;
bit alaflag=1;
bit dispflag=1;
bit key1flag=0;
bit keyupflag=0;
uchar x;
uchar key;
uchar s1,s2,s3,s4;
uchar count=0;
int t,at;
int account_temp=999;
void delay_ms(uint t)
{
    TMOD=0X01;
    TR0=1;
    while(t--)
    {
        TH0=0Xfc;
        TL0=0X18;
        while(!TF0);
        TF0=0;
    }      
    TR0=0;
}
void delay_us(uint t)
{
    while(t--);
}
void display(uchar n1,uchar n2,uchar n3,uchar n4,bit p,bit d){
    if(d==1){  
        SMG4=1;
        SMG1=0;
        SMG=S[n1];
        delay_ms(5);
        SMG1=1;
        SMG2=0;
        SMG=S[n2];
        delay_ms(5);
        SMG2=1;
        SMG3=0;
        if(p==1){
            SMG=S[n3]+0x80;
        }else{
            SMG=S[n3];
        }
        delay_ms(5);
        SMG3=1;
        SMG4=0;
        SMG=S[n4];
        delay_ms(5);
    }
    SMG4=1;
}
uchar key_scan(){
    uchar temp=0x7f;
    P2=0x1c;
    if(P2!=0x1c){
        delay_ms(5);
        if(P2!=0x1c){
            while((temp&0x10)!=0){
                P2=temp;
                if((P2&0x1c)!=0x1c){
                    return P2&0xfc;
                }else{
                    temp=temp>>1|0x80;
                }
            }
        }
    }
    return 0xff;
}
uchar key_transform(){
    uchar key=key_scan();
    switch(key){
        case 0x6c:
            return 1;
        case 0x74:
            return 2;
        case 0x78:
            return 3;
        case 0xac:
            return 4;
        case 0xb4:
            return 5;
        case 0xb8:
            return 6;
        case 0xcc:
            return 7;
        case 0xd4:
            return 8;
        case 0xd8:
            return 9;
        default:
            return 0;
    }
}
void init_sensor(){
    uint t=0;
    SENS=1;
    delay_us(10);
    SENS=0;
    delay_us(480);
    SENS=1;
    delay_us(480);
}
void writechar(uchar c){
    uchar i=0;
    for(i=0;i<8;i++){
        SENS=0;
        SENS=c&0x01;
        delay_us(1);
        SENS=1;
        c>>=1;
    }
    delay_us(1);
}
uchar readchar(){
    uchar i;
    uchar c=0;
    for(i=0;i<8;i++){
        SENS=0;
        c>>=1;
        SENS=1;
        if(SENS){
            c|=0x80;
        }
        delay_us(1);
    }
    return c;
}
int readtemp(){
    uchar h,l;
    init_sensor();
    writechar(0xcc);
    writechar(0x44);
    init_sensor();
    writechar(0xcc);
    writechar(0xbe);
    l=readchar();
    h=readchar();
    return (int)(((h<<8)|l)*0.625);
}
void dispornot(){
    if(key1flag==0){
        dispflag=!dispflag;
        key1flag=1;
    }
}
void alarm(){
    RELAY=0;
    if(key==9){
        alaflag=0;
    }
    if(alaflag){
        RED=0;
        for(x=0;x<5;x++){
            display(10,11,10,13,0,dispflag);
        }
        RED=1;
        for(x=0;x<5;x++){
            display(13,13,13,13,0,dispflag);
        }
        return;
    }
    display(s1,s2,s3,s4,1,dispflag);
}
void setting(){
    char i=1;
    t=account_temp;
    if(t>=0)
        s1=13;
    else
        s1=12;
    at=abs(t);
    s2=at/100%10;
    s3=at/10%10;
    s4=at%10;
    while(1){
        key=key_transform();
        if(key==0){
            keyupflag=1;
        }
        if(key==5&&keyupflag){
            alaflag=1;
            return;
        }
        if(key==4&&keyupflag){
            i-=1;
            if(i<0){
                i+=4;
            }
            keyupflag=0;
        }
        if(key==6&&keyupflag){
            i+=1;
            if(i>4){
                i-=4;
            }
            keyupflag=0;
        }
        switch(i){
            case 1:
                if((key==2||key==8)&&keyupflag){
                    if(s1==12){
                        s1=13;
                    }else{
                        s1=12;
                    }
                    keyupflag=0;
                }
                for(x=0;x<5;x++){
                    display(13,s2,s3,s4,1,1);
                }
                break;
            case 2:
                if((key==2)&&keyupflag){
                    s2++;
                    if(s2>9){
                        s2=0;
                    }
                    keyupflag=0;
                }else if((key==8)&&keyupflag){
                    s2--;
                    if(s2>9){
                        s2=9;
                    }
                    keyupflag=0;
                }
                for(x=0;x<5;x++){
                    display(s1,13,s3,s4,1,1);
                }
                break;
            case 3:
                if((key==2)&&keyupflag){
                    s3++;
                    if(s3>9){
                        s3=0;
                    }
                    keyupflag=0;
                }else if((key==8)&&keyupflag){
                    s3--;
                    if(s3>9){
                        s3=9;
                    }
                    keyupflag=0;
                }
                for(x=0;x<5;x++){
                    display(s1,s2,13,s4,1,1);
                }
                break;
            case 4:
                if((key==2)&&keyupflag){
                    s4++;
                    if(s4>9){
                        s4=0;
                    }
                    keyupflag=0;
                }else if((key==8)&&keyupflag){
                    s4--;
                    if(s4>9){
                        s4=9;
                    }
                    keyupflag=0;
                }
                for(x=0;x<5;x++){
                    display(s1,s2,s3,13,1,1);
                }
                break;
        }
        account_temp=100*s2+10*s3+s4;
        if(s1==12){
            account_temp=-account_temp;
        }
        t=account_temp;
        if(t>=0)
            s1=13;
        else
            s1=12;
        at=abs(t);
        s2=at/100%10;
        s3=at/10%10;
        s4=at%10;
        for(x=0;x<5;x++){
            display(s1,s2,s3,s4,1,1);
            GREEN=1;
        }
    }
}
main(){
    TMOD=0X11;
    TH1=TL1=0;
    EA=1;
    ET1=1;
    TR1=1;      
    while(1){
        if(count>=100){
            if(t!=readtemp()){
                t=readtemp();
                if(t>=0)
                    s1=13;
                else
                    s1=12;
                at=abs(t);
                s2=at/100%10;
                s3=at/10%10;
                s4=at%10;
            }
            count=0;
        }
        key=key_transform();
        if(key==3){
            dispornot();
        }else{
            key1flag=0;
        }
        if(key==1){
            setting();
        }
        if(t>account_temp){
            alarm();
            GREEN=1;
            if(key==7){
                dispflag=!dispflag;
            }
        }else{
            if(t<=account_temp-1){   //Schmitt
                alaflag=1;
                GREEN=0;
                RELAY=1;
            }
            display(s1,s2,s3,s4,1,dispflag);
            }
    }
}
void cooldown() interrupt 3{
    count++;
    
}