信息工程学院 家用多功能报警器的设计
+5VDS18B20RDS1470PA32321 图4.3 温度传感数据采集电路
4.2.2 DS18B20温度传感器引脚功能
温度传感器选用达拉斯公司的单线数字温度传感芯片DS18B20(8引脚SOIC封装)，其引脚分布如图4.4所示：
图4.4 DS18B20引脚分布图
引脚功能说明如下：
NC(1、2、6、7、8脚)：空引脚，悬空不使用。
VDD(3脚)：可选电源脚，电源电压范围3~5.5V。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。
DQ(4脚)：数据输入/输出脚。漏极开路，常态下高电平。
DS18B20内部有4个主要器件：64位激光ROM、温度传感器、非易失性温度告警触发器(TH和TL)和配置寄存器。
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：
●独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；
●多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能； ●无须外部器件；
●可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ； ●零待机功耗；
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●温度以9或12位数字； ●用户可定义报警设置；
●报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件； ●负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
DS18B20在出厂时以配置为12位，读取温度时共读取16位，所以把后11位的2进制转化为10进制后在乘以0.0625便为所测的温度，还需要判断正负。前5个数字为符号位，当前5位为1时，读取的温度为负数；当前5位为0时，读取的温度为正数。16位数字摆放是从低位到高位。
4.3 键盘电路
按键分为独立式按键与行列式按键，两种按键都可以与单片机I/O口直接相连，但是两种按键的工作方式大不相同，独立按键的每一个按键都需要一根独立的I/O口使用，而矩阵按键是成阵列排列的，用行扫描控制的I/O口与列扫描控制的I/O口的个数相乘的个数即为按键的个数。所以在使用多按键的设计中，大多选用行列式按键作为键盘的输入部分，而在本设计中使用了8个按键作为按键输入，所以选用矩阵按键作为键盘的部分，其电路图如图4.5所示。
使用单片机的P1.0口与P1.1口作为行控制口，使用P1.4~P1.7作为列控制口，单片机通过软件编程控制其按键值的判断，在判断中我们采用编程扫描的方式，也就是在无中断产生时，不断的扫描按键程序，判断过程为：先将P1.0与P1.1置0进行行扫描，判断是否有列值按下，其判断时对P1口赋值0XF0，如果有按键按下，行列将会有一处交点，相当于对两个I/O短路，则另一个列I/O口也被强制下拉为低电平，该值中的高8位将会有某一列全部为0，有按键按下，则将该列编码值保存，然后将P1口赋值0X0F；进行全列扫描，判断行是否有为0的状态，然后将这个行编码值保存，最后将行列值的编码值进行或运算，就组成按键的原始编码值，完成了按键的扫描。
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PD11S4SW-PBS3SW-PBS2SW-PBS1SW-PBS7SW-PBS8SW-PBS6SW-PBS5SW-PBPD12PD15PD16PD17PD18
图4.5 键盘电路图
4.4 显示电路
数码管显示的工作原理
八段LED显示器由8个发光二极管组成。基中7个长条形的发光管排列成“日”字形，另一个点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。LED显示器有两种不同的形式：一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED显示器；另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED显示器。如图4.6所示:
图4.6 数码管显示器
在选用共阴的LED时，只要在某一个发光二极管加上高电平，该二极管即点亮，反之则暗。而选用共阳极的LED时，要使某一个发光二极管发亮，则需加上低电平，反之则暗。为了保护各段LED不受损坏，需要外加限流电阻。为了要显示某个字型，则应使此字形段的相应点二极管点亮，也即送一个不同的电平组合代表数据来控制LED显示的字型，此数据称为字符的段码。共阴和共阳
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结构的LED显示器各笔划段名和安排位置是相同的。当二极管导通时，相应的笔划段发亮，由发亮的笔划段组合而显示的各种字符。8个笔划段Dpgfedcba对应于一个字节(8位)的D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,于是用8位二进制码就可以表示需要显示的字符的字形代码。例如，对于共阴LED显示器，当公共阴极接地(为零电平)，而阳极Dphgfedcba各段为01110011时，显示器显示\字符，即对于共阴极LED显示器，“P”字符的字形码是73H。如果是共阳LED显示器，共阳极接高电平，显示“P”字符的字形代码应为10001100(8CH)。本电路采用共阴极接法。十六进制数字型代码表如表4.1所示:
表4.1 十六进制数字型代码表
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F P
共阴极接法 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Dp g f e d c b a 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1
七段代码
3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH 77H 7CH 39H 5EH 79H 71H 73H
单片机驱动LED显示有很多方法,按显示方式可以分为静态显示和动态
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显示。
静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将要显示的数据送出后就不再控制LED，直到下一次显示时再传送一次新的数据。只要当前显示的数据没有变化，就无须理睬数码显示管。静态显示的数据稳定，占用的CPU时间少。静态显示中，每一个显示器都要占用单独具有锁存功能的I/O口，该接口用于笔画段字型代码。这样单片机只要把显示的字型数据代码发送到接口电路，该字段就可以显示要发送的字型。当需要要显示新的数据时，单片机再发送新的字型码。
另一种方法是动态扫描显示。动态扫描方法是用其接口电路把所有显示器的8个笔画字段(a~g和dp)同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM各自独立接受I/O线控制。CPU向字段输出端口输出字型码时，所有显示器接受相同的字型码，但究竟使哪一位则由I/O线决定。动态扫描用分时的方法轮流控制每个显示器的COM端，使每个显示器轮流电亮。在轮流点亮过程中，每位显示器的点亮时间极为短暂，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，给人的印象就是一组稳定的显示数据。
+5V+5V11123456789+5V+5VU3SRD2CO12345678PD01PD02PD03PD04PD05PD06PD07PD0811123456789OCC1D2D3D4D5D6D7D8D74HC573VCCGND1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q20101918171615141312U2OCC1D2D3D4D5D6D7D8D74HC573VCCGND1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q20101918171615141312CDQ1CDQ2CDQ3CDQ4LED71174211053129864-LED-1电阻排 图4.7 显示电路
本设计中使用动态扫描的方式对数码管进行控制扫描，其电路图如图4.7所示，图中SRD2为上拉电阻排，电阻值为10K，驱动芯片用74HC573