1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上四路溫度采集系統(tǒng)的設計【內容摘要】 本文主要研究的是基于AT89S51單片機作為系統(tǒng)的溫度顯示以及設定雙路溫度報警系統(tǒng)的設計。此系統(tǒng)硬件電路主要包括5部分：AT89S51單片機最小系統(tǒng)電路部分和復位電路部分，LCD1602液晶顯示電路部分，4個 DS18B20作為溫度檢測部分，以及電源電路部分。本系統(tǒng)采用C語言進行編寫程序，為了便于閱讀和修改，軟件采用模塊化結構設計，使程序間的邏輯層次更加簡明。【關鍵詞】四路溫度采集系統(tǒng)系統(tǒng)；DS18B20；LCD1602液晶顯示；AT89S51單片機1 引 言四路溫度采集系統(tǒng)系統(tǒng)不僅是工業(yè)上的寵兒，也是是單片機實驗中一個很常用的題目

2、。因為它的有很好的開放性和可發(fā)揮性，因此對作者的要求比較高，不僅考察了對單片機的掌握能力更加強調了對單片機擴展的應用。而且在操作的設計上要力求簡潔，功能上盡量齊全，顯示界面也要出色。所以，雙路溫度報警系統(tǒng)無論作為比賽題目還是練習題目都是很有價值。本文介紹一種基于 AT89C2051 單片機的一種溫度測量,該電路DS18B20 作為溫度監(jiān)測元件,測量范圍-55-+125,使用LCD1602液晶顯示模塊 顯示,能通過鍵盤設置溫度報警上下限.正文著重給出了軟硬件系統(tǒng)的各部分電 路,介紹了集成溫度傳感器 DS18B20 的原理,AT89C2051 單片機功能和應用.該 電路設計新穎,功能強大,結構簡單

3、。2雙路溫度報警系統(tǒng)系統(tǒng)簡介及其作用綜述首先，由DS18B20溫度傳感器芯片測量當前溫度，并將結果送入單片機。然后，通過AT89C51單片機芯片對送入的測量溫度讀數進行計算和轉換，并將此結果送入液晶顯示模塊。最后，LCD 1602模塊將送來的四路溫度值值顯示于顯示屏上。本系統(tǒng)測溫范圍為-55-+125，精度達0.1 。3 系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)硬件主要包括：本系統(tǒng)硬件電路比較簡單。只要由AT89S51單片機電路，LCD12864液晶顯示電路，DS18B20溫度芯片，復位電路以及按鍵輸入電路組成。系統(tǒng)總統(tǒng)設計圖3-1所示。圖3-1 系統(tǒng)總體設計圖LCD1602顯示電路AT89S51單片機電路復位電路1

4、8B20芯片218B20芯片118B20芯片33.1 AT89S51單片機電路 圖3-2 單片機最小系統(tǒng)模塊圖3.1.1 AT89S51單片機要實現工作的最小系統(tǒng)AT89S51單片機電路是該電路的核心部分，所有的數據運算，處理，執(zhí)行都是通過它來實現，電路圖如圖3-2所示。單片機要實現工作的最小系統(tǒng)為：時鐘電路，復位電路，電源。時鐘電路位單片機提供周期性脈沖，是單片機的心臟，本設計采用的是12M的晶振。復位電路是當電路發(fā)生復位的時候，不管程序運行到什么地方，都會跳到程序的人口地址，開始重新運行，復位方式為高電平復位。電源電路位系統(tǒng)提供穩(wěn)定的5V電壓。3.2 LCD1602液晶顯示電路 圖3-3

5、LCD1602液晶顯示模塊圖單5V電源電壓，低功耗、長壽命、高可靠性內置192種字符（160個5×7點陣字符和32個5×10點陣字符）具有64個字節(jié)的自定義字符RAM，可定義8個5×8點陣字符或四個5×11點陣字符顯示方式：STN、半透、正顯驅動方式：1/16DUTY，1/5BIAS視角方向：6點背光方式：底部LED通訊方式：4位或8位并口可選標準的接口特性，適配MC51和M6800系列MPU的操作時序1602LCD模塊接口定義表4-1 1602LCD接口定義表管腳定義符號功能1Vss電源地（GND）2Vdd電源電壓（5V）3V0LCD驅動電壓（可調）4

6、RS寄存器選擇輸入端，輸入MPU選擇模塊內部寄存器類型號；RS=0，當MPU行進寫模塊操作，指向指令寄存器；當MPU進行讀模塊操作，指向地址計數器；RS=1，無論MPU讀操作還是寫操作，均指向數據寄存器5R/W讀寫控制輸入端，輸入MPU選擇讀/寫模塊操作操作信號：R/W0 讀操作；R/W1 寫操作6E使能信號輸入端，輸入MPU讀/寫模塊操作使能信號：讀操作時，高電平有效；寫操作時，下降沿有效7DB0數據輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數據傳送通道8DB1數據輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數據傳送通道9DB2數據輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數據傳送通道10DB3數據輸入/輸出口，MPU與模

7、塊之間的數據傳送通道11DB4數據輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數據傳送通道12DB5數據輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數據傳送通道13DB6數據輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數據傳送通道14DB7數據輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數據傳送通道15A背光的正端5V16K背光的負端0V初始化方式：發(fā)命令0x30-延時-發(fā)命令0x30-延時-發(fā)命令0x30-延時-發(fā)命令0x0c-延時發(fā)命令0x06-延時發(fā)命令0x02-延時發(fā)命令0x31-延時。3.2 溫度芯片DS18B20DALLAS最新單線數字溫度傳感器DS18B20簡介新的“一線器件”體積更小、適用電壓更寬、更經濟 Dallas 半導

8、體公司的數字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念。DS18B20、 DS1822 “一線總線”數字化溫度傳感器 同DS1820一樣，DS18B20也 支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 -55°C+125°C，在-10+85°C范圍內,精度為±0.5°C。DS1822的精度較差為± 2°C ?，F場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現場溫度測量，如：環(huán)境控制

9、、設備或過程控制、測溫類消費電子產品等。與前一代產品不同，新的產品支持3V5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設計更靈活、方便。而且新一代產品更便宜，體積更小。 DS18B20、 DS1822 的特性 DS18B20可以程序設定912位的分辨率，精度為±0.5°C?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設定，及用戶設定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20的性能是新一代產品中最好的！性能價格比也非常出色！ DS1822與 DS18B20軟件兼容，是DS18B20的簡化版本。省略了存儲用戶定義報警溫度、分辨率參數的EEPROM，精度降低為±2&

10、#176;C，適用于對性能要求不高，成本控制嚴格的應用，是經濟型產品。 繼“一線總線”的早期產品后，DS1820開辟了溫度傳感器技術的新概念。DS18B20和DS1822使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構建適合自己的經濟的測溫系統(tǒng)。 DS18B20的內部結構     DS18B20內部結構主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如下:        DQ為數字信號輸入/輸出端；GND為電源

11、地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。    光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現一根總線上掛接多個DS18B20的目的。    DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉化為例:用16位符

12、號擴展的二進制補碼讀數形式提供，以0.0625/LSB形式表達，其中S為符號位。   這是12位轉化后得到的12位數據，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。    例如+125的數字輸出為07D0H，+25.0625的數字輸出為0191H，-25.0625的數字輸出為FF6FH，-55的數字輸出為FC90H。DS18B20溫度

13、傳感器的存儲器     DS18B20溫度傳感器的內部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2RAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結構寄存器。    暫存存儲器包含了8個連續(xù)字節(jié)，前兩個字節(jié)是測得的溫度信息，第一個字節(jié)的內容是溫度的低八位，第二個字節(jié)是溫度的高八位。第三個和第四個字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個字節(jié)是結構寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內容在每一次上電復位時被刷新。第六、七、八個字節(jié)用于內部計算。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。該字節(jié)各位的意義如下： TM R1 R0 1

14、 1 1 1 1 低五位一直都是1 ，TM是測試模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設置分辨率，如下表所示：（DS18B20出廠時被設置為12位）分辨率設置表: R1R0分辨率溫度最大轉換時間009位93.75ms 0110位187.5ms 1011位375ms 1112位750ms     根據DS18B20的通訊協議，主機控制DS18B20完成溫度轉換必須經過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這

15、樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數據線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。DS1820使用中注意事項 DS1820雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題： (1)較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS1820與微處理器間采用串行數據傳送，因此，在對DS1820進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果。在使用PL/M、C等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時，對DS1820操作部分最好采

16、用匯編語言實現。 (2)在DS1820的有關資料中均未提及單總線上所掛DS1820數量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS1820，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛DS1820超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要加以注意。 (3)連接DS1820的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數據將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產生畸變造成的。因此，在用DS1820進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 (4)在DS1820測溫程序設計中，向DS1820發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號，一旦某個DS1820接觸不好或斷線，當程序讀該DS1820時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS1820硬件連接和軟件設