根據(jù)C51的DS18B20多點測溫系統(tǒng)

1、* *基于 C51 的 DS18B20多點測溫系統(tǒng)2013-07-22目錄摘要 .3第一章 緒論 .41.1開發(fā)背景及意義 .4第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計 .52.1 單片機 . 5* *2.2 DS18B20溫度測量模塊62.3 液晶顯示模塊92.4 串口通訊模塊11第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計113. 1 系統(tǒng)初始化123.2 溫度測量程序12第四章系統(tǒng)仿真調(diào)試134.1 系統(tǒng)仿真調(diào)試13附錄16* *摘要本文介紹了基于溫度傳感器DS18b20與AT89C52單片機組成的多點溫度分布式測溫系統(tǒng)。設(shè)計了其系統(tǒng)構(gòu)成和軟件方案。該系統(tǒng)面向?qū)嶋H需求，設(shè)定DS18b20溫度范圍為-55+125，采用LCD1602液晶

2、顯示屏，顯示兩路溫度傳感器的測量溫度值。同時通過串口通訊與 PC 機進行通訊。傳輸采集到的溫度值。實際應用表明。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境下現(xiàn)場溫度的測量，可應用于倉庫測溫、樓宇空調(diào)控制和生產(chǎn)過程監(jiān)控等領(lǐng)域。關(guān)鍵詞： DS18b20 ，分布式， 1602串口通* *第一章緒論1.1開發(fā)背景及意義溫度的測量和控制在儲糧倉庫、智能樓宇空調(diào)控制及其他的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學研究中應用廣泛。傳統(tǒng)的溫度檢測是使用諸如熱電偶、熱電阻、半導體pn 結(jié)之類的模擬傳感器，經(jīng)信號取樣電路、放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路處理，獲取表示溫度值的數(shù)字信號，再交由微處理器。因為檢測環(huán)境復雜，測量點多，信號傳輸距離遠及

3、各種干擾的影響，使得傳統(tǒng)測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降。近年來隨著單片機的發(fā)展和傳感器技術(shù)的革新，溫度檢測領(lǐng)域也完成了從模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)變。DS18b20溫度傳感器的廣泛應用更是推動了這一領(lǐng)域的發(fā)展。另外液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點在各類儀表和顯示系統(tǒng)中得到越* *來越多的應用，現(xiàn)在也是單片機應用設(shè)計中最常用的信息顯示模塊。綜合以上產(chǎn)品的發(fā)展特點，希望溫度檢測系統(tǒng)在未來的發(fā)展中有更廣闊的應用空間并且具有更好的現(xiàn)場測量優(yōu)越性。第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計本系統(tǒng)通過DS18B20溫度傳感器采集溫度值，經(jīng)由單片機處理由液晶顯示模塊顯示當前溫度值，并經(jīng)過串口通信將溫度傳送到P

4、C 上2.1單片機本系統(tǒng)采用AT89C52單片機作為微處理器。AT89C52單片機是ATMEL 公司 89 系列單片機的一種8 位 Flash 單片機。它最大的特點是片內(nèi)含有8k 可重復編程的Flash 存儲器，可* *進行 1000次的擦寫操作。另外AT89c52單片機采用ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容，并且其兼具省電耐用、性能穩(wěn)定的特點，因此成為單片機市場的主流產(chǎn)品。本系統(tǒng)采用晶振根據(jù)需要確定系統(tǒng)工作頻率為11.0592Mhz。圖 2.1 單片機結(jié)構(gòu)圖2.2 DS18B20溫度測量模塊DS18b20是美國 DALLAS 公司推出的

5、單總線數(shù)字化測溫集成電路，它具有獨特的單線接口方式，將非電模擬量溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號串行輸出僅需占用1 位 I/O端口，能夠直接讀取被測現(xiàn)場的溫度值。它體積小，電壓適用范圍寬（3v5v ），且可通過編程實現(xiàn)912位的溫度讀數(shù)， 即具有可調(diào)的溫度分辨率，因此實用性和可靠性較高，應用廣泛。 以下是 DS18b20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖* *圖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B20有 4 個主要的數(shù)據(jù)部件： 64 位激光 ROM 。 64 位激光 ROM 從高位到低位依次為8 位 CRC、48 位序列號和8位家族代碼 (28H) 組成。 溫度靈敏元件。 非易失性溫度報警觸發(fā)器TH 和 TL 。可通過軟件寫入用戶報警上下限

6、值。 配置寄存器。配置寄存器為高速暫存存儲器中的第五個字節(jié)。DS18B20在按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應精度的數(shù)值。DS18B20的測溫范圍為 -55 +125 ,在 -10 +85 范圍內(nèi)，精度為電壓低于3.4v 時精度誤差較大。0 工作時0.5 。在根據(jù)其時序特點以下是DS18B20與AT89C52單片機構(gòu)成的溫度監(jiān)測系統(tǒng)如下* *+5VCC1R4DQ2100 KDQDS18B20GND3DS18B20圖溫度監(jiān)測系統(tǒng)DS18b20的典型應用在本系統(tǒng)中兩個溫度傳感器與單片機連接方式如下：圖傳感器與單片機連接* *本系統(tǒng)為多點溫度測試。DS18B20采用外部供電方式，理論上可以在一根數(shù)

7、據(jù)總線上掛 256 個 DS18B20 ，但實際應用中發(fā)現(xiàn)，如果掛接20 個以上的DS18B20就會產(chǎn)生功耗問題。另外單總線長度也不宜超過0.5M ，否則會影響到數(shù)據(jù)的傳輸。在本電路板的設(shè)計中考慮到初步實踐的準確性，暫使用2 個 DS18B20分別連接單片機的p2.6 口。對 DS18B20的設(shè)計，需要注意以下問題（ 1）對硬件結(jié)構(gòu)簡單的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20進行操作，需要用較為復雜的程序完成。 編制程序時必須嚴格按芯片數(shù)據(jù)手冊提供的有關(guān)操作順序進行，讀、寫時間片程序要嚴格按要求編寫。尤其在使用DS18B20的高測溫分辨力時，對時序及電氣特性參數(shù)要求更高。（ 2）實際應用時，要注意單

8、線的驅(qū)動能力，不能掛接過多的DS18B20 ，同時還應注意最遠接線距離。另外還應根據(jù)實際情況選擇其接線拓撲結(jié)構(gòu)。2.3液晶顯示模塊本系統(tǒng)使用的是1602 液晶顯示模塊。1602 液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧、位數(shù)多、程序簡單的諸多優(yōu)點，在各類儀表和低功耗系統(tǒng)中得到廣泛的應用。根據(jù)顯示內(nèi)容可以分為字符型液晶，圖形液晶。 根據(jù)顯示容量又可以分為單行16 字，2 行16字，兩行20 字等等。在本系統(tǒng)中使用的是字符型兩行16 字液晶顯示器。在與單片機連接時使用接口電路（排針）相連，為并行通信。以下是1602 液晶顯示器外型圖和液晶顯示的典型應用。* *圖液晶顯示器外形1602

9、液晶顯示采用標準的16 腳接口，其中： （模塊背面有標注）圖串口通訊第 1 腳： VSS 為地電源第 2 腳：VDD 接 5V 正電源第 3 腳： V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影” ，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第 5 腳： RW 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS 和RW 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址；當RS 為高電平、 RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。* *第 6 腳： E 端為使能端，當

10、 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第 714 腳： D0 D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。第 15 16 腳：空腳1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM) 已經(jīng)存儲了不同的點陣字符圖形，這些字符有，阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，其中數(shù)字與字母同ASCII 碼兼容。2.4 串口通訊模塊UART 是一種通用串行數(shù)據(jù)總線 ，用于異步通信 。該總線雙向通信，可以實現(xiàn)全雙工傳輸和接收。 實現(xiàn)單片機和PC 機的通訊工作， 接一個 MAX232實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)化。 電路圖如下：第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計圖 3 系統(tǒng)流程圖整個系統(tǒng)的功能是由硬件

11、電路配合軟件來實現(xiàn)的，當硬件基本定型后， 軟件的功能也就* *基本定下來了。 本系統(tǒng)主程序主要包括三個子程序，分別為液晶顯示子程序，溫度測量子程序，串口通訊子程序。主體軟件架構(gòu)如左圖：3. 1 系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化主要包括UART 初始化，液晶顯示初始化，溫度傳感器初始化。UART 初始化包括定義定時器/ 計數(shù)器和串行口的工作方式，定義 T1 為自動重裝8 位計數(shù)器。液晶顯示初始化主要是確定液晶顯示器的工作方式、顯示開關(guān)、光標開關(guān)等。溫度傳感器初始化包括一個由總線控制器發(fā)出的復位脈沖和跟有其后由傳感器發(fā)出的存在脈沖。 存在脈沖是讓總線控制器知道DS18b20在總線上且已準備好操作。一個復位脈沖

12、跟著一個存在脈沖表明DS18b20已經(jīng)準備好發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。以下是初始化序列圖。圖初始化序列圖3.2溫度測量程序溫度測量程序主要是DS18b20與單片機之間的ROM 操作命令和DS18b20的數(shù)據(jù)讀* *寫操作命令。當單片機對DS18B20進行初始化，檢測到一個存在脈沖后，發(fā)出匹配ROM 命令，然后發(fā)送 ROM 碼。圖DS18b20 基本工作流程第四章系統(tǒng)仿真調(diào)試4.1系統(tǒng)仿真調(diào)試在 keil 開發(fā)環(huán)境下不能進行有效的仿真調(diào)試，所以在系統(tǒng)中采用protues單片機仿真工具進行仿真調(diào)試。下圖為protues仿真讀取溫度后在LCD1602液晶屏上的顯示結(jié)果。* *圖 4.1.1 protues 仿

13、真圖上位機用串口調(diào)試軟件來仿真，安裝了虛擬串口驅(qū)動軟件和PROTEUS 進行調(diào)試仿真。虛擬串口驅(qū)動軟件用了VSPD軟件。 VSPD 軟件在 Window操作系統(tǒng)上增加了一對在邏輯上交叉相互的虛擬串口，使串口調(diào)試助手能夠和PROTEUS 中的單片機串口相連。VSPD 軟件界面如下：* *圖軟件界面串口仿真結(jié)果如下：在串口調(diào)試助手上顯示兩個溫度傳感器采集到的溫度* *圖溫度傳感器采集附錄溫度采集體統(tǒng)原理圖PCB 圖* *源代碼1602 函數(shù)部分：#define Port P1sbit RS = P20;/ 定義端口sbit RW = P21;sbit E =P22;/*微秒延時函數(shù)*/void d

14、elay_us(unsigned int n) /延時如果需要高精度延時if (n = 0)return ;while (-n);/*/*毫秒函數(shù)聲明*/*/void delay_ms(unsigned char i)* *unsigned int b;while(i-)for (b = 1; b 1000 ; b+) ;/*/*寫入命令函數(shù)*/*/void LCD_write_com(unsigned char com)RS=0;RW=0;E=1;Port = com;delay_us(10);E=0;/*/*寫入數(shù)據(jù)函數(shù)*/*/void LCD_write_Data(unsigned ch

15、ar Data)* *RS=1;RW=0;E=1;Port = Data;delay_us(10);E=0;/*/*寫入字符串函數(shù)*/*/void LCD_write_str(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *s)if (y = 0)LCD_write_com(0x80 + x);elseLCD_write_com(0xc0 + x);while (*s)* *LCD_write_Data( *s);s+;/*/*初始化函數(shù)*/*/void LCD_init(void)delay_ms(40);LCD_write_com(0x38);

16、/* 顯示模式設(shè)置*/delay_ms(5);LCD_write_com(0x38);delay_ms(5);LCD_write_com(0x38);delay_ms(5);LCD_write_com(0x38);LCD_write_com(0x08);/* 顯示關(guān)閉*/LCD_write_com(0x01);/* 顯示清屏*/LCD_write_com(0x06);/* 顯示光標移動設(shè)置*/delay_ms(5);* *LCD_write_com(0x0C);/* 顯示開及光標設(shè)置*/*函數(shù)名：Display_F函數(shù)說明：打印整數(shù)型數(shù)據(jù)，沒有地址傳入?yún)?shù)：用于Display_float使用傳

17、出參數(shù)：無返回值：無*/void Display_F(unsigned int num)unsigned charsever_num6,i = 0;if(num = 0)LCD_write_Data(0x30);elsewhile(num != 0)* *sever_numi+ = num % 10 + 0x30 ;num /= 10 ;while(i-)LCD_write_Data(sever_numi);delay_us(500);/*函數(shù)名：Display_float函數(shù)說明：打印浮點型數(shù)據(jù)，傳入?yún)?shù)：打印地址x,y, 數(shù)據(jù) num ，小數(shù)點后面打印length位傳出參數(shù)：無返回值：無*

18、/voidDisplay_float(unsignedcharx,unsignedchary,floatnumf,unsignedcharlength)unsigned long Int_num;unsigned inttemp = 1;* *unsigned char i = 0;for (i = 0 ; i 0;z-)for(b=1;b0;b-)for(a=2;a0;a-);void delay(unsigned int z)/延時函數(shù)uchar x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=101;y0;y-);/DS18B20函數(shù)部分 /void dsinit()/DS18B20初始

19、化dat=1;dsdelay(4);dat=0;/ 給一個脈沖信號dsdelay(50);/低脈沖信號要保持480us 960usdat=1;/拉高* *dsdelay(9);/略微延時delay(1);uchar read()/DS18B20讀一個字節(jié)uchar i,k;for (i=8;i0;i-)dat = 0; /給脈沖信號k=1;/將讀到的一位數(shù)向后移一位dat = 1; /給脈沖信號if(dat)k|=0x80;/如果讀到的是1，則，k 和0x80進行或運算，首位變成1dsdelay(4);/每位讀取中間間隔大于1usreturn(k);void write(uchar date)

20、/DS18B20 寫一個字節(jié)uchar i,k;k=date;for(i=0;i=1;dsdelay(1);float read_tempe(uchar num)/從DS18B20存儲器中讀書溫度int t;float tt;uchar a,b,i;dsinit();/每次對DS18B20輸入指令都要先進行初始化操作write(0x55);/寫序號列號for (i = 0 ; i 8 ; i+)write(xlnumi);write(0x44); /啟動溫度轉(zhuǎn)換dsinit();* *write(0x55);/寫序號列號for (i = 0 ; i 8 ; i+)write(xlnumi);w

21、rite(0xBE); /讀取溫度寄存器等（共可讀9 個寄存器）前兩個就是溫度a=read();/讀出溫度的低八位b=read();/讀出溫度的高八位t=b;t=8;/t是 int ， 16 位，講高八位移到前面t=t|a;/將溫度的高位與低位合并if (b & 0x80 )= 0)/判斷正負溫度tt=t*0.0625;/將帶有小數(shù)點位的十六進制數(shù)化為十進制flag = 0;elsett=(t + 1 )* 0.0625;flag = 1;return(tt);* *UART 函數(shù)部分：void InitUART(void)/UART初始化TMOD = 0X20; /11.0592M 9600SCON = 0X50;TH1 = 0xfd;TL1 = 0xfd;PCON = 0X00;EA=1;ES=1;TR1 = 1;void Send(unsi