四路溫度采集系統(tǒng)系統(tǒng)(共13頁)

1、四路溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【內(nèi)容摘要】 本文主要研究的是基于AT89S51單片機(jī)作為系統(tǒng)的溫度顯示以及設(shè)定雙路溫度報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。此系統(tǒng)硬件電路主要包括5部分：AT89S51單片機(jī)最小系統(tǒng)電路部分和復(fù)位電路部分，LCD1602液晶顯示電路部分，4個(gè) DS18B20作為溫度檢測(cè)部分，以及電源電路部分。本系統(tǒng)采用C語言進(jìn)行編寫程序，為了便于閱讀和修改，軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使程序間的邏輯層次更加簡(jiǎn)明。【關(guān)鍵詞】四路溫度采集系統(tǒng)系統(tǒng)；DS18B20；LCD1602液晶顯示；AT89S51單片機(jī)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(jī)實(shí)驗(yàn)中一個(gè)很常用的題目。因?yàn)樗挠泻芎玫拈_放性和

2、可發(fā)揮性，因此對(duì)作者的要求比較高，不僅考察了對(duì)單片機(jī)的掌握能力更加強(qiáng)調(diào)了對(duì)單片機(jī)擴(kuò)展的應(yīng)用。而且在操作的設(shè)計(jì)上要力求簡(jiǎn)潔，功能上盡量齊全，顯示界面也要出色。所以，雙路溫度報(bào)警系統(tǒng)無論作為比賽題目還是練習(xí)題目都是很有價(jià)值。本文介紹一種基于 AT89C2051 單片機(jī)的一種溫度測(cè)量,該電路DS18B20 作為溫度監(jiān)測(cè)元件,測(cè)量范圍-55-+125,使用LCD1602液晶顯示模塊 顯示,能通過鍵盤設(shè)置溫度報(bào)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(jī)功能和應(yīng)用.該 電路設(shè)計(jì)新穎,功能強(qiáng)大,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。2雙路溫度報(bào)警系統(tǒng)系統(tǒng)簡(jiǎn)

3、介及其作用綜述首先，由DS18B20溫度傳感器芯片測(cè)量當(dāng)前溫度，并將結(jié)果送入單片機(jī)。然后，通過AT89C51單片機(jī)芯片對(duì)送入的測(cè)量溫度讀數(shù)進(jìn)行計(jì)算和轉(zhuǎn)換，并將此結(jié)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(cè)溫范圍為-55-+125，精度達(dá)0.1 。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件主要包括：本系統(tǒng)硬件電路比較簡(jiǎn)單。只要由AT89S51單片機(jī)電路，LCD12864液晶顯示電路，DS18B20溫度芯片，復(fù)位電路以及按鍵輸入電路組成。系統(tǒng)總統(tǒng)設(shè)計(jì)圖3-1所示。圖3-1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖LCD1602顯示電路AT89S51單片機(jī)電路復(fù)位電路18B20芯片218B20芯

4、片118B20芯片33.1 AT89S51單片機(jī)電路 圖3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊圖3.1.1 AT89S51單片機(jī)要實(shí)現(xiàn)工作的最小系統(tǒng)AT89S51單片機(jī)電路是該電路的核心部分，所有的數(shù)據(jù)運(yùn)算，處理，執(zhí)行都是通過它來實(shí)現(xiàn)，電路圖如圖3-2所示。單片機(jī)要實(shí)現(xiàn)工作的最小系統(tǒng)為：時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，電源。時(shí)鐘電路位單片機(jī)提供周期性脈沖，是單片機(jī)的心臟，本設(shè)計(jì)采用的是12M的晶振。復(fù)位電路是當(dāng)電路發(fā)生復(fù)位的時(shí)候，不管程序運(yùn)行到什么地方，都會(huì)跳到程序的人口地址，開始重新運(yùn)行，復(fù)位方式為高電平復(fù)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 LCD1602液晶顯示模塊

5、圖單5V電源電壓，低功耗、長(zhǎng)壽命、高可靠性內(nèi)置192種字符（160個(gè)5×7點(diǎn)陣字符和32個(gè)5×10點(diǎn)陣字符）具有64個(gè)字節(jié)的自定義字符RAM，可定義8個(gè)5×8點(diǎn)陣字符或四個(gè)5×11點(diǎn)陣字符顯示方式：STN、半透、正顯驅(qū)動(dòng)方式：1/16DUTY，1/5BIAS視角方向：6點(diǎn)背光方式：底部LED通訊方式：4位或8位并口可選標(biāo)準(zhǔn)的接口特性，適配MC51和M6800系列MPU的操作時(shí)序1602LCD模塊接口定義表4-1 1602LCD接口定義表管腳定義符號(hào)功能1Vss電源地（GND）2Vdd電源電壓（5V）3V0LCD驅(qū)動(dòng)電壓（可調(diào)）4RS寄存器選擇輸入端，輸入

6、MPU選擇模塊內(nèi)部寄存器類型號(hào)；RS=0，當(dāng)MPU行進(jìn)寫模塊操作，指向指令寄存器；當(dāng)MPU進(jìn)行讀模塊操作，指向地址計(jì)數(shù)器；RS=1，無論MPU讀操作還是寫操作，均指向數(shù)據(jù)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(hào)：R/W0 讀操作；R/W1 寫操作6E使能信號(hào)輸入端，輸入MPU讀/寫模塊操作使能信號(hào)：讀操作時(shí)，高電平有效；寫操作時(shí)，下降沿有效7DB0數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道8DB1數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道9DB2數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道10DB3數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道11D

7、B4數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道12DB5數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道13DB6數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道14DB7數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道15A背光的正端5V16K背光的負(fù)端0V初始化方式：發(fā)命令0x30-延時(shí)-發(fā)命令0x30-延時(shí)-發(fā)命令0x30-延時(shí)-發(fā)命令0x0c-延時(shí)發(fā)命令0x06-延時(shí)發(fā)命令0x02-延時(shí)發(fā)命令0x31-延時(shí)。3.2 溫度芯片DS18B20DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20簡(jiǎn)介新的“一線器件”體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì) Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器D

8、S1820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(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。DS18B20、 DS1822 “一線總線”數(shù)字化溫度傳感器 同DS1820一樣，DS18B20也 支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為 -55°C+125°C，在-10+85°C范圍內(nèi),精度為±0.5°C。DS1822的精度較差為± 2°C ?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)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(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)溫類消

9、費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。 DS18B20、 DS1822 的特性 DS18B20可以程序設(shè)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(shè)定，及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價(jià)格比也非常出色！ DS1822與 DS18B20軟件兼容，是DS18B20的簡(jiǎn)化版本。省略了存儲(chǔ)用戶定義報(bào)警溫度、分辨率參數(shù)的EEPROM，精度降低為±2°C，適用于對(duì)性能

10、要求不高，成本控制嚴(yán)格的應(yīng)用，是經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品。 繼“一線總線”的早期產(chǎn)品后，DS1820開辟了溫度傳感器技術(shù)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(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測(cè)溫系統(tǒng)。 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)     DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如下:        DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸

11、入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。    光刻ROM中的64位序列號(hào)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(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。    DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以12位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式

12、提供，以0.0625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。   這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。    例如+125的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH，-55的數(shù)字輸出為FC90H。DS18B20溫度傳感器的存儲(chǔ)器 

13、    DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)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(jié)構(gòu)寄存器。    暫存存儲(chǔ)器包含了8個(gè)連續(xù)字節(jié)，前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息，第一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個(gè)字節(jié)是溫度的高八位。第三個(gè)和第四個(gè)字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個(gè)字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第六、七、八個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。該字節(jié)各位的意義如下： TM R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一

14、直都是1 ，TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如下表所示：（DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位）分辨率設(shè)置表: R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間009位93.75ms 0110位187.5ms 1011位375ms 1112位750ms     根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行

15、預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號(hào)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(hào)表示復(fù)位成功。DS1820使用中注意事項(xiàng) DS1820雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： (1)較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS1820進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級(jí)語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)DS1820操作部分最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。 (2)在

16、DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS1820超過8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。 (3)連接DS1820的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過50m時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。因此，在用DS1820進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 (4)在DS1820測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS1820接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS1820時(shí)，將沒有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS1820硬件連接和軟件設(shè)計(jì)