基于51單片機(jī)的多路溫度采集控制系統(tǒng)設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：基于51單片機(jī)的多路溫度采集控制系統(tǒng)設(shè)計 院 (系)： 專 業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 二一三年十二月五日畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué)生姓名學(xué)號專 業(yè)院（系）畢業(yè)設(shè)計（論文）題目基于51單片機(jī)的多路溫度采集控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)與要求(1).介紹多路溫度采集系統(tǒng)的發(fā)展歷史、現(xiàn)況及將來的發(fā)展趨勢；(2).多路溫度采集系統(tǒng)設(shè)計及原理說明；(3).介紹單片機(jī)最小系統(tǒng)的原理和作用；(4).多路溫度采集的總體設(shè)計框圖；(5).多路溫度采集系統(tǒng)原理圖設(shè)計及說明。完成時間段指導(dǎo)教師單位職稱院（系）審核意見畢業(yè)設(shè)計(論文)進(jìn)度計劃表日 期工 作 內(nèi) 容執(zhí) 行 情 況指導(dǎo)教師簽 字2013

2、.6.15-2013.6.28查找資料，選題2013.6.29-2013.8.30完成論文的初稿2013.8.31-2013.9.30完成論文二稿的寫作2013.10.1-2013.10.20完成論文的終稿及格式修改2013.10.21-2013.11.20進(jìn)一步修改論文、定稿，打印論文，做好答辯準(zhǔn)備20113.11.21-做好論文答辯準(zhǔn)備教師對進(jìn)度計劃實(shí)施情況總評 簽名： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(論文)中期檢查記錄表學(xué)生填寫畢業(yè)設(shè)計(論文)題目: 基于51單片機(jī)的多路溫度采集控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名:學(xué)號：專業(yè)： 指導(dǎo)教師姓名:職稱:檢查教師填寫畢業(yè)設(shè)計(論文)題目工作量飽滿一般不夠畢業(yè)設(shè)計(論文)

3、題目難度大適中不夠畢業(yè)設(shè)計(論文)題目涉及知識點(diǎn)豐富比較豐富較少畢業(yè)設(shè)計(論文)題目價值很有價值一般價值不大學(xué)生是否按計劃進(jìn)度獨(dú)立完成工作任務(wù)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(論文)工作進(jìn)度填寫情況指導(dǎo)次數(shù)學(xué)生工作態(tài)度認(rèn)真一般較差其他檢查內(nèi)容：存在問題及采取措施:檢查教師簽字: 年 月 日院（系）意見(加蓋公章): 年 月 日摘 要隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，溫度測量控制系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及人們的日常生活中扮演著一個越來越重要的角色，它對人們的生活具有很大的影響，所以溫度采集控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究有十分重要的意義。本次設(shè)計的目的在于學(xué)習(xí)基于51單片機(jī)的多路溫度采集控制系統(tǒng)設(shè)計的基本流程。本設(shè)計采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理與

4、控制單元，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，單片機(jī)控制數(shù)字溫度傳感器，把溫度信號通過單總線從數(shù)字溫度傳感器傳遞到單片機(jī)上。單片機(jī)數(shù)據(jù)處理之后，發(fā)出控制信息改變報警和控制執(zhí)行模塊的狀態(tài)，同時將當(dāng)前溫度信息發(fā)送到LED進(jìn)行顯示。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多路溫度信號采集與顯示，可以使用按鍵來設(shè)置溫度限定值，通過進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，發(fā)出控制信號達(dá)到控制蜂鳴器和繼電器的目的。我所采用的控制芯片為AT89C51，此芯片功能較為強(qiáng)大，能夠滿足設(shè)計要求。通過對電路的設(shè)計，對芯片的外圍擴(kuò)展，來達(dá)到對某一車間溫度的控制和調(diào)節(jié)功能。關(guān)鍵詞：溫度 多路溫度采集 驅(qū)動電路 繼電器ABSTRACTWith the rapid developm

5、ent of modern information technology, temperature measurement and control system is playing a more and more important role in industry, agriculture and people's daily life, it has great influence on people's life, has very important significance to research and design of the temperature acqu

6、isition and control system.This design aims to study based on the basic process design of multi-channel temperature acquisition and control system of 51 single chip microcomputer. This design uses a microcontroller as data process and control unit, in order to carry on the data processing, SCM contr

7、ol digital temperature sensor, the temperature signal through single bus digital temperature sensor transfer to mcu. After the microcomputer data processing, sends control information to change the alarm and control execution module state, at the same time, the temperature information is sent to the

8、 LED for display. This system can realize the multi-channel temperature signal acquisition and display, you can use the button to set the temperature limit value, by MCU, sends a control signal to control the buzzer and relay destination.I adopted the control chip AT89C51, the chip function is relat

9、ively strong, can meet the design requirements. Through the circuit design, on chip peripheral expansion, to achieve the control of a workshop of temperature and regulating function.Keywords: Temperature Multi temperature acquisition Drive circuit Relay目 錄第一章 緒論1第一節(jié) 選題背景1第二節(jié) 本設(shè)計的任務(wù)和主要內(nèi)容2第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計3第

10、一節(jié) 系統(tǒng)概述3第二節(jié) 系統(tǒng)工作原理分析3第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計4第一節(jié) 溫度采集系統(tǒng)的開發(fā)過程4第二節(jié) 單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計4第三節(jié) 溫度采集接口電路設(shè)計8第四節(jié) 顯示器與鍵盤電路的設(shè)計14第五節(jié) 報警電路設(shè)計16第六節(jié) 綜合功能的設(shè)計16第四章 多路溫度采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計18第一節(jié) 主程序流程設(shè)計18第二節(jié) 程序設(shè)計及巡檢子程序設(shè)計19第三節(jié) 巡檢鍵盤及數(shù)碼管多通道顯示21第四節(jié) 溫度報警程序設(shè)計24結(jié)論25致 謝26參考文獻(xiàn)27第一章 緒論本設(shè)計主要設(shè)計一種多路溫度采集檢測系統(tǒng)，采用目前低價位但技術(shù)十分成熟的AT89S52單片機(jī)作為內(nèi)核，選用DS18B20作為溫度傳感器，送到顯示器循環(huán)顯

11、示所測的四路溫度數(shù)值，并根據(jù)現(xiàn)場工業(yè)需要，設(shè)置了一定范圍的報警值，報警優(yōu)先顯示，利用按鍵消除報警?？捎冒存I查看某一路的溫度值，查看時數(shù)據(jù)采集不中斷。軟件算法上采用了直接擬合的方法（通過電壓-溫度關(guān)系來計算溫度值），符合課題要求。本課題構(gòu)成的多路溫度系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、測量精度高、量程寬的特點(diǎn)，在很多場合具有一定的適用性。第一節(jié) 選題背景測量控制的作用是從生產(chǎn)現(xiàn)場中獲取各種參數(shù)，運(yùn)用科學(xué)方法，綜合各種先進(jìn)的技術(shù)，是生產(chǎn)的每個環(huán)節(jié)都能夠得到有效的控制，不但保證了生產(chǎn)的規(guī)范化、提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，還確保了生產(chǎn)安全。所以，測量控制技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于煉油、化工、冶金、電力、輕工和紡織等行業(yè)

12、。溫度是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一，在各個種類的企業(yè)中應(yīng)用廣泛的各種加熱設(shè)備、反應(yīng)爐設(shè)備等都需要嚴(yán)格的控制溫度。隨著時代的進(jìn)步，科技的發(fā)展，各行各業(yè)對于溫度采集系統(tǒng)的要求也在不斷提高以達(dá)到設(shè)備環(huán)境、生產(chǎn)流程的安全要求，也越來越成為溫度采集系統(tǒng)的幾個重要指標(biāo)。隨著集成電路技術(shù)的越來越快、越來越大規(guī)模化的發(fā)展，由于單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、性價比高等優(yōu)點(diǎn)，基于單片機(jī)開發(fā)出來的一系列采集、控制系統(tǒng)也逐漸受到廣泛關(guān)注。采取單片機(jī)作為核心，可完成對溫度的采集要求。所以基于單片機(jī)的多路溫度采集系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于很多工業(yè)過程控制中，使產(chǎn)品既提高了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，又降低了成本，簡化了設(shè)計。采用單片機(jī)設(shè)計的多

13、路溫度采集系統(tǒng)，可進(jìn)行溫度檢測、采集及顯示，對于提高生產(chǎn)效率，節(jié)約能源、資源都有非常重要的作用。第二節(jié) 本設(shè)計的任務(wù)和主要內(nèi)容如何基于AT89S52對4路溫度進(jìn)行采集的具體要求，有以下幾點(diǎn)：（1）選用哪種傳感器將溫度信號轉(zhuǎn)化為電信號；（2）單片機(jī)外圍硬件的電路設(shè)計；（3）內(nèi)部程序的編寫。在溫度采集系統(tǒng)中我們經(jīng)常用到集成型溫度傳感器，集成型傳感器可以達(dá)到較高的精度，在集成型溫度傳感器的使用過程中，由于采用的單總線傳輸方式進(jìn)行對遠(yuǎn)距離的多點(diǎn)溫度進(jìn)行檢測，故在程序的控制上較復(fù)雜。新型溫度傳感器DS18B20具有體積小、精度高、使用電壓寬采用一線總線等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測溫效果。用四只DS

14、18B20同時采集4路溫度。AT89S52單片機(jī)P3.7接口接單線總線。單片機(jī)有一個全雙工的串行通訊口，單片機(jī)與電腦之間能更好地進(jìn)行串口通訊。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計第一節(jié) 系統(tǒng)概述根據(jù)設(shè)計要求的性能指標(biāo)，本系統(tǒng)不僅要滿足一定精度的溫度采集的基本功能，而且由于測量的路數(shù)為4路，還存在多路信號的循環(huán)顯示問題，還要考慮溫度超限報警輸出的功能，同時系統(tǒng)還具有顯示當(dāng)前各路的測量溫度值的功能和鍵盤選擇顯示路數(shù)的功能。第二節(jié) 系統(tǒng)工作原理分析在測溫系統(tǒng)中我們常常用到集成型溫度傳感器，集成型溫度傳感器可以達(dá)到較高的精度，在集成型溫度傳感器的使用過程中，由于采用的單總線傳輸方式進(jìn)行對遠(yuǎn)距離的多點(diǎn)溫度進(jìn)行檢測，所以

15、在程序的控制上比較復(fù)雜。在溫度測量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問題的最有效方案，新型數(shù)字溫度傳感器DS18B20具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測溫效果。根據(jù)本課題的設(shè)計目標(biāo)以及硬件的特點(diǎn)，本系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如圖2.1所示。AT89S52報警時鐘電路鍵盤電路4位LED顯示DS18B20 1DS18B20 2DS18B20 3DS18B20 4 圖2.1 總體設(shè)計框圖第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計一個溫度采集系統(tǒng),包括被采集信息的采集、轉(zhuǎn)換、顯示等環(huán)節(jié)，在本多路溫度采集系統(tǒng)設(shè)計中，包括CPU的選型以及包括顯示電路、存儲

16、器、報警電路、電源電路等設(shè)計。第一節(jié) 溫度采集系統(tǒng)的開發(fā)過程本設(shè)計中以DS18B20為傳感器、AT89S52單片機(jī)為控制核心組成的多點(diǎn)溫度測試系統(tǒng)。用4只DS18B20同時測控4路溫度（視實(shí)際需要還可擴(kuò)展通道數(shù)）。由于每片DS18B20含有唯一的硅串行數(shù)，所以在一條總線上可掛接多個DS18B20芯片。從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息，僅需要一根口線（單線接口）。讀寫及溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。DS18B20提供9位溫度讀數(shù)，構(gòu)成多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)而無需任何外圍硬件。處理時，將DS18B20信號線與單片機(jī)一位口線相連

17、，單片機(jī)可掛接多片DS18B20，從而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)。由于DS18B20只有三個引腳，其中兩根是電源線VDD和GND，另外一根用作總線DQ(Data In/Out)，由于其輸出和輸入均是數(shù)字信號且與TTL電平兼容，因此其可以與微處理器直接進(jìn)行接口，從而省去了一般傳感器所必需的中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。第二節(jié) 單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計一、單片機(jī)的選型目前，生產(chǎn)單片機(jī)的廠商有很多，尤其是近年來微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，比較著名的有Intel、Philips、Microchip、Motorola、Zilog、Atmel等半導(dǎo)體企業(yè)。在上述著名的半導(dǎo)體企業(yè)產(chǎn)品中，尤其在工業(yè)測控場合，運(yùn)用較多的為Inte

18、l公司的MCS-51系列，Microchip公司的PIC系列，如果作單路溫度測量，恐怕要選擇該系列的CPU，但由于本系統(tǒng)涉及的是多路，各路報警的輸出信號需要單獨(dú)輸出，而且考慮信號調(diào)理電路的切換等還需要不少的控制線，因此該系列的少引腳特點(diǎn)就不適合本設(shè)計的需要，因此，本設(shè)計還是選用了ATMEL最新的8位單片機(jī)AT89S52作為本系統(tǒng)的CPU。二、AT89S52的性能及應(yīng)用功能特性描述：AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80S52產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)

19、可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決案，其引腳如圖3.1所示。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一

20、個中斷或圖3.1是AT89S52的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口與P3口復(fù)用。其對應(yīng)的引腳功能：Pin40:正電源腳，正常工作或?qū)ζ瑑?nèi)EPROM抄寫程序時，接+5V電源。Pin19:時鐘XTAL1腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。Pin18:時鐘XTAL2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。AT89S52的時鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體(2-12MHz)和振蕩電容,振蕩電容的值一般取10PF-30PF；另外一種是外部時鐘方式，即將XTAL1接地，外部時鐘信號從XTAL2腳輸入。本設(shè)計采用片內(nèi)時鐘電路，

21、外接晶振和電容組成振蕩器。圖3.1 AT89S52引腳輸入輸出(I/O)引腳：Pin39-Pin32為。P0.0-P0.7輸入輸出腳，Pin1-Pin8為P1.0-P1.7輸入輸出腳,Pin21-Pin28為P2.0-P2.7輸硬件復(fù)位為止入輸出腳，Pin10-Pin17為P3.0-P3.7輸入輸出腳。在對單片機(jī)設(shè)計中，P0作為數(shù)碼管的段選選通端口何數(shù)字鍵盤接口。Pin9:RESET/ 復(fù)位信號復(fù)用腳，當(dāng)AT89S52通電，時鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)2個時鐘周期以上的高平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計數(shù)器PC指向0000H， P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H，

22、其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。值得注意的是，P0、P1、P2、P3口作為普通I/O口使用時都是準(zhǔn)雙向口結(jié)構(gòu)，其輸入操作和輸出操作本質(zhì)不同，輸入操作是讀引腳狀態(tài)，輸出是對鎖存器的寫入操作。當(dāng)內(nèi)部總線給口鎖存器置0或1時，鎖存器中的0、1狀態(tài)立即反映到引腳上。但在輸入操作時，如果鎖存器狀態(tài)為0引腳被鉗位0狀態(tài)，導(dǎo)致無法讀出引腳的高電平輸入。因此，準(zhǔn)雙向口作為輸入口時，應(yīng)先使鎖存器置1（稱之為置輸入方式）。然后，再讀引腳，例如：要將P1口的狀態(tài)讀入到累加器A中，應(yīng)執(zhí)行以下兩條指令：MOV P1，#0FFH ；P1口置入方式。MOV A

23、， P1 ；讀P1口引腳狀態(tài)到A。此外，I/O口的端口自動識別功能，保證了無論是P1口（低8位地址）P2口（高8位地址）的總線復(fù)用，還是P3口的功能復(fù)用，內(nèi)部資源自動選擇不需要用指令進(jìn)行狀態(tài)選擇。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的功能越來越強(qiáng)大，壽命長、速度快、低功耗、低噪聲、可靠性高的特點(diǎn)及16位、32位單片機(jī)的出現(xiàn)，在工業(yè)領(lǐng)域仍具有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＨ?、時鐘電路設(shè)計本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式來為系統(tǒng)提供時鐘信號。時鐘電路通常由晶震控制芯片、電容和晶體震蕩器組成。時鐘電路是用來產(chǎn)生AT89C51單片機(jī)工作時所需要的時鐘信號。一般時鐘設(shè)計有兩種形式：內(nèi)部時鐘和外部時鐘。AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個高增

24、益反響放大器，它用來構(gòu)成振蕩器。此放大器有兩個引腳，一個是的輸入引腳XTAL1，另一個是輸出引腳XTAL2，這兩個引腳跨接晶體振蕩器和用于微調(diào)的電容，目的是用來構(gòu)成一個自激勵振蕩器。如圖3-2時鐘電路，晶體振蕩器的頻率范圍一般在1.2MHz和12MHz之間，單片機(jī)的運(yùn)行速度會受到晶振頻率的影響，因此晶振頻率的選擇很重要。晶振的起振頻率有兩個，一個是11.0592MHZ，另一個是12MHZ，本設(shè)計的AT89S52單片機(jī)采用的是12MHz。通常電路中的電容C1和C2的值都取為30PF。電路對外接電容的值盡管沒有明確的要求，然而電容的晶體振蕩器頻率會受到電容大小的影響，以及振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速

25、性都會受到影響。為了減少寄生電容，晶振和電容應(yīng)該與單片機(jī)芯片安裝時盡可能的靠近，以確保振蕩器穩(wěn)定，可靠地工作。本設(shè)計使用NPO電容，原因是它的溫度穩(wěn)定性比較好。時鐘電路如圖3.2所示：圖3.2 時鐘電路四、復(fù)位電路設(shè)計為了使系統(tǒng)能夠從正確的初始狀態(tài)開始工作，就必須在啟動單片機(jī)的時候?qū)纹瑱C(jī)復(fù)位。對電源+5V而言，電容C3和電阻R3構(gòu)成了微分電路。對于上電復(fù)位，上電以后，復(fù)位電路通過電容使RST持續(xù)一段時間的高電平，如果RST能夠持續(xù)充足時間的高電平，系統(tǒng)就有足夠的時間復(fù)位，那么就實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)復(fù)位的可靠性。但是，電容的充電時間決定了RST端持續(xù)高電平的時間。隨著電容充電的完成，RST端變成低電平。

26、如圖3-3所示。對于手動按鈕復(fù)位，它是通過手動操作按鍵來給RST一個高電平，這種復(fù)位方式可以滿足設(shè)計的要求，原因是，手動按鍵的時候總是有一個過程，在這個時間段內(nèi)，系統(tǒng)能夠有足夠的時間復(fù)位。圖3.3中C7=10uf，R21=4.7k。圖3.3 復(fù)位電路第三節(jié) 溫度采集接口電路設(shè)計本設(shè)計中以DS18B20為傳感器、AT89S52單片機(jī)為控制核心組成的多點(diǎn)溫度測試系統(tǒng)。用4只DS18B20同時測控4路溫度（視實(shí)際需要還可擴(kuò)展通道數(shù)）。由于每片DS18B20含有唯一的硅串行數(shù)，所以在一條總線上可掛接多個DS18B20芯片。從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息，僅需要一根口線（單線接口）

27、。讀寫及溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。DS18B20提供9位溫度讀數(shù)，構(gòu)成多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)而無需任何外圍硬件。處理時，將DS18B20信號線與單片機(jī)一位口線相連，單片機(jī)可掛接多片DS18B20，從而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)。由于DS18B20只有三個引腳，其中兩根是電源線VDD和GND，另外一根用作總線DQ(Data In/Out)，由于其輸出和輸入均是數(shù)字信號且與TTL電平兼容，因此其可以與微處理器直接進(jìn)行接口，從而省去了一般傳感器所必需的中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。一、DS18B20簡介DS18B20是美國Dallas半導(dǎo)體公司推出的第一片支持&qu

28、ot;一線總線"接口的溫度傳感器。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微機(jī)處理。DS18B20 特點(diǎn)如下：硬件接口簡單，性能穩(wěn)定，單線接口，僅需一根口線與MCU連接無需外圍元件；由總線提供電源；測溫范圍為-5575；精度為0.5；9位溫度讀數(shù)；A/D變換時間為200ms；用戶自設(shè)定溫度報警上下限，其值是非易失性的；報警搜索命令可識別那片DS18B20超溫度限。（1）DS18B20的引腳介紹TO92封裝的DS18B20的引腳排列見圖3.4，其引腳功能描述見表3.1。表3.1 DS18B20詳細(xì)引腳功能描述序號名稱引腳功能描述1

29、GND地信號2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。圖3.4 DS18B20的管腳排列（2）DS18B20的產(chǎn)品特點(diǎn)1） 只要求一個端口即可實(shí)現(xiàn)通信；2） 在DS18B20中的每個器件上都有獨(dú)一無二的序列號；3） 實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測溫；4） 測量溫度范圍在55到125之間；5） 數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇；6） 內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置；7）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在一根三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫；8） 負(fù)壓特性，電源極性接反

30、時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。DS18B20的工作原理是：DS18B20采用3腳PR-35封裝，其中GND為地；I/O為數(shù)據(jù)輸入/輸出端（即單線總線），該腳為漏極開路輸出，常態(tài)下呈高電平；VDD是外部+5V電源端，不用時應(yīng)接地；DQ為空腳。圖3.5所示為DS18B20的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器（內(nèi)含RAM），用于存儲用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器存儲與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）發(fā)生器等七部分。圖3.5 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化ROM操作指令存儲器操作

31、指令數(shù)據(jù)傳輸。其工作時序包括復(fù)位時序、寫時序和讀時序，如圖3.6，3.7，3.8所示。由于DS18B20采用的是1Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對AT89S52單片機(jī)來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時序要求。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從

32、主機(jī)主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。DS18B20的復(fù)位時序：圖3.6 DS18B20的復(fù)位時序DS18B20的讀時序，對于DS18B20的讀時序分為讀0時序和讀1時序兩個過程。對于DS18B20的讀時序是從主機(jī)把單總線拉低之后，在15s之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20在完成一個讀時序過程，至少需要60s才能完成。圖3.7 DS18B20的讀時序DS18B20的寫時序，對于DS18B20的寫時序仍然分為寫0時序和寫1時序兩個過程。圖3.8 DS18B20的寫時序

33、對于DS18B20寫0時序和寫1時序的要求不同，當(dāng)要寫0時序時，單總線要被拉低至少60s，保證DS18B20能夠在15s到45s之間能夠正確地采樣I/O總線上的“0”電平，當(dāng)要寫1時序時，單總線被拉低之后，在15s之內(nèi)就得釋放單總線。圖3.9 DS18B20測溫原理框圖DS18B20的溫度測量原理如下：DS18B20測量溫度時使用特有的溫度測量技術(shù)，其測量電路框圖如圖3.9所示。內(nèi)部計數(shù)器對一個受溫度影響的振蕩器的脈沖計數(shù)，低溫時振蕩器的脈沖可以通過門電路，而當(dāng)?shù)竭_(dá)某一設(shè)置高溫時，振蕩器的脈沖無法通過門電路。計數(shù)器設(shè)置為-55時的值，如果計數(shù)器到達(dá)0之前，門電路未關(guān)閉，則溫度寄存器的值將增加，

34、這表示當(dāng)前溫度高于-55。同時，計數(shù)器復(fù)位在當(dāng)前溫度值上，電路對振蕩器的溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，計數(shù)器重新開始計數(shù)直到回零。如果門電路仍然未關(guān)閉，則重復(fù)以過程。溫度表示值為9bit，高位為符號位。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，他有嚴(yán)格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。二、DS18B20與單片機(jī)的接口設(shè)計溫度采集是工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常遇到的問題。本設(shè)計中以DS18B20為傳感器AT89S52單片機(jī)為控制核心組成的多點(diǎn)溫度測試系統(tǒng)。用4只DS18B20同時測控4

35、路溫度（視實(shí)際需要還可擴(kuò)展通道數(shù)）。本系統(tǒng)采用四位共陽極數(shù)碼管動態(tài)顯示溫度，系統(tǒng)設(shè)有上下限報警電路。該控制系統(tǒng)的功能如下：（1）溫度控制得設(shè)定范圍為0100，最小分辨率為0.5；（2）實(shí)時顯示當(dāng)前溫度，可以單通道也可以循環(huán)顯示；（3）命令按鍵5個：通道0通道3按鍵，巡檢鍵。第四節(jié) 顯示器與鍵盤電路的設(shè)計基于DS18B20的多點(diǎn)溫度采集，共模擬了4點(diǎn)溫度，具有各點(diǎn)溫度采集功能，通過按鍵設(shè)置也可以監(jiān)控某一通道的溫度,還設(shè)置報警溫度，具有越限報警功能。SW1SW4通道0通道3報警， XUNJIAN為巡檢鍵,關(guān)閉進(jìn)入巡檢模式。在本系統(tǒng)中，由于該溫度計還要進(jìn)行信息的實(shí)時顯示，所以設(shè)計了LED顯示電路。L

36、ED顯示器采用8段發(fā)光二極管。共陽極LED顯示器的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓。該電路由晶體管（NPN）、顯示器（共陽極LED）和電阻構(gòu)成。一、顯示電路設(shè)計本設(shè)計使用了四塊共陽極結(jié)構(gòu)的LED，對數(shù)碼管的驅(qū)動有兩種選擇，一種是顯示驅(qū)動器MAX7221，一種選擇是三極管驅(qū)動。MAX7221的特點(diǎn)是顯示多樣、需要單片機(jī)輸入輸出口少（只需要3根）、編程靈敏、簡單且實(shí)用等，但是它是共陰極的驅(qū)動器。因此，選擇直接由三極管驅(qū)動。LED數(shù)碼管顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方式。靜態(tài)顯示就是當(dāng)顯示器顯示某個字符時侯，和它相應(yīng)的段（即就是發(fā)光二極管）恒定的導(dǎo)通或者截止，直到顯示要另一個字符為

37、止。比起動態(tài)顯示器，靜態(tài)顯示器的亮度較高，編程也很容易，管理也較簡單，但就是占用輸入輸出線資源較多，而且沒有位選信號，線路復(fù)雜，成本也高。動態(tài)顯示就是單片機(jī)定時的對LED進(jìn)行掃描，然后使其逐個的顯示出結(jié)果。當(dāng)數(shù)碼管顯示的時候，由于人眼的視覺暫留效果，仍然感覺到所有的數(shù)碼管都同時在顯示，此方法用到的是硬件掃描，成本低，但是占用的CPU資源多，亮度也不如靜態(tài)顯示。根據(jù)以上所述，本設(shè)計選用的顯示方示為動態(tài)顯示。如圖3.10為顯示電路。圖3.10 顯示電路二、鍵盤電路設(shè)計基于DS18B20的多點(diǎn)溫度采集，共模擬了4點(diǎn)溫度，具有各點(diǎn)溫度采集功能，通過按鍵設(shè)置也可以監(jiān)控某一通道的溫度,還設(shè)置報警溫度，具有

38、越限報警功能。鍵盤電路如圖3.11所示。圖3.11 鍵盤電路第五節(jié) 報警電路設(shè)計在單片機(jī)采集溫度發(fā)生低于或超出所設(shè)定的溫度時，單片機(jī)系統(tǒng)能相應(yīng)發(fā)出提醒。本次設(shè)計采用蜂鳴器。蜂鳴器可用AT89S52的I/O口線通過設(shè)置PNP的飽和截止驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲,當(dāng)I/O口線發(fā)出具有一定的低電平信號,即可使蜂鳴器報警。報警電路如圖3.12所示。圖3.12 報警電路第六節(jié) 綜合功能的設(shè)計本設(shè)計采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理與控制單元，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，單片機(jī)控制數(shù)字溫度傳感器，把溫度信號通過單總線從數(shù)字溫度傳感器傳遞到單片機(jī)上。單片機(jī)數(shù)據(jù)處理之后，發(fā)出控制信息改變報警和控制執(zhí)行模塊的狀態(tài)，同時將當(dāng)前溫度信息發(fā)送到LED

39、進(jìn)行顯示。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多路溫度信號采集與顯示，可以使用程序來設(shè)置溫度限定值，通過進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，發(fā)出控制信號達(dá)到控制蜂鳴器和LED進(jìn)行報警。如圖3.13綜合功能設(shè)計圖。圖3.13 綜合功能設(shè)計圖第四章 多路溫度采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計第一節(jié) 主程序流程設(shè)計圖4.1 主程序框圖(1) 采用模塊程序設(shè)計。(2) 采用自頂向下的程序設(shè)計。(3) 外部設(shè)備和外部事件盡量采用中斷方式與CPU聯(lián)絡(luò),這樣既便于系統(tǒng)模塊化, 也可提高程序效率。(4) 近幾年推出的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng), 有些是支持高級語言的,如C51與PL/M96的編程和在線跟蹤調(diào)試。(5) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計應(yīng)充分考慮到軟件抗干擾措施。第二節(jié) 程

40、序設(shè)計及巡檢子程序設(shè)計程序處理是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，即簡潔的硬件結(jié)構(gòu)是靠復(fù)雜的軟件來支持的。多個器件掛在一條總線上為了識別不同的器件，在程序設(shè)計過程中一般有四個步驟：初始化命令；傳送ROM命令；傳送RAM命令；數(shù)據(jù)交換命令。由于已經(jīng)在上面獲取了多個DS18B20的ROM代碼并在AT89S52單片機(jī)內(nèi)部的E2PROM中建立了測量位置點(diǎn)和傳感器64位ROM代碼之間的關(guān)系表，因此對多個溫度的巡回測量流程圖如圖4.2所示。圖4.2巡開始復(fù)位DS18B20發(fā)出搜索ROM的命令返回讀在線DS18B20序列號所有在線DS18B20是否訪問完？是否存在一個DS18B20？初始化DS18B20啟動所有在線的DS18

41、B20作溫度A/D轉(zhuǎn)換跳過ROM命令；轉(zhuǎn)換命令延時104s初始化DS18B20執(zhí)行期間匹配命令發(fā)一個DS18B20序列號發(fā)讀暫存RAM命令讀匹配的DS18B20溫度YNYN檢顯示子程序流程圖測量流程說明：(1) 發(fā)跳過ROM命令CCH；(2) 發(fā)啟動所有在線的DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換命令44H；(3) 延遲104s；(4) 發(fā)匹配ROM命令55H；(5) 按照E2PROM中建立的關(guān)系表的順序取出64位ROM代碼發(fā)送到單總線；(6) 發(fā)讀溫度值命令BEH，讀取溫度值；(7) 進(jìn)行CRC校驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理后送LED顯示器顯示；(8) 重復(fù)第4步到第7步，直到所有的DS18B20測量處理完。需要注意的

42、是，無論是單點(diǎn)還是多點(diǎn)溫度檢測，在系統(tǒng)安裝及工作之前，應(yīng)將主機(jī)逐個與DS18B20掛接，讀出其序列號。其工作過程為：主機(jī)發(fā)出一個脈沖，待"0"電平大于104s后，復(fù)位DS18B20，在DS18B20所發(fā)響應(yīng)脈沖由主機(jī)接收后，主機(jī)再發(fā)讀ROM命令代碼33H，然后發(fā)一個脈沖（104s），并接著讀取DS18B20序列號的一位。用同樣方法讀取序列號的56位。另外，由于DS1820單線通信功能是分時完成的，遵循嚴(yán)格的時隙概念，因此，系統(tǒng)對DS18B20和各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行，即初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。在正常測溫情況下，DS18B2

43、0的測溫分辨力為0.5。采用下述方法可獲得高分辨率的溫度測量結(jié)果：首先用DS18B20提供的讀暫存器指令（BEH）讀出以0.5為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位（LSB），得到所測實(shí)際溫度的整數(shù)部分，然后再用BEH指令取計數(shù)器1的計數(shù)剩余值和每度計數(shù)值?？紤]到DS18B20測量溫度的整數(shù)部分以0.25和0.75為進(jìn)位界限的關(guān)系。第三節(jié) 巡檢鍵盤及數(shù)碼管多通道顯示選用高亮度發(fā)光LED器件。溫度數(shù)據(jù)按動態(tài)方式顯示，將采集到的數(shù)值通過標(biāo)度轉(zhuǎn)換由四位數(shù)碼管顯示。其段選段接P0，位選信號由P2.2、P2.3、P2.4和P2.5設(shè)置。存放位置：6AH6DH為0通道設(shè)定值存放單元(依次為

44、小數(shù)位,個位,十位,百位數(shù))；6EH6FH,76H77H為1通道設(shè)定值存放單元(依次為小數(shù)位,個位,十位,百位數(shù))；78H7BH為2通道設(shè)定值存放單元(依次為小數(shù)位,個位,十位,百位數(shù))；7CH7FH為3通道設(shè)定值存放單元(依次為小數(shù)位,個位,十位,百位數(shù))；51H54H顯示值存放單元(調(diào)溫度閃爍時再送回顯示單元)。各顯示按鍵功能如表4.1所示。表4.1 顯示按鍵按 鍵 功 能 XUNJIAN鍵 用于控制循環(huán)顯示各通道溫度數(shù)據(jù) SW1用于實(shí)時顯示“0”通道的溫度數(shù)據(jù) SW2 用于實(shí)時顯示“1”通道的溫度數(shù)據(jù) SW3 用于實(shí)時顯示“2”通道的溫度數(shù)據(jù) SW4 用于實(shí)時顯示“3”通道的溫度數(shù)據(jù) 系統(tǒng)經(jīng)過初始化，進(jìn)入多通道顯示，然后掃描鍵盤，判斷是否有按鍵按下，然后進(jìn)行按鍵所控制的通道的溫度采集。所采集的溫度與設(shè)定的溫度相比較