溫度采集與顯示系統(tǒng)

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1、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及功能要求1.1設(shè)計(jì)要求

利用STC89C52、DS18B20、LCD1602、AT24C02等元器件設(shè)計(jì)溫度采集與顯示系統(tǒng)。系統(tǒng)具有以下功能：1)能正確檢測(cè)溫度；2)在1602上實(shí)時(shí)顯示溫度；

3)每隔10秒采集一次溫度數(shù)據(jù)并保存到AT24C02；4)按鍵按下后，可逐個(gè)顯示之前采集到的數(shù)據(jù)；

5)其他功能可根據(jù)系統(tǒng)上的資源自行設(shè)定。

1.2設(shè)計(jì)任務(wù)

1)根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求，弄清系統(tǒng)及各個(gè)模塊的工作流程，完成電路原理圖，包括單片機(jī)

最小系統(tǒng)模塊、LCD顯示模塊、存儲(chǔ)模塊、串行口下載模塊和電源模塊，最終在萬(wàn)用板上焊接，完成整個(gè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。

2)根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求，弄清系統(tǒng)及各個(gè)模塊的工作流程，完成系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，包括系

統(tǒng)主程序、溫度讀取子程序、LCD顯示子程序、存儲(chǔ)子程序等，可使用匯編語(yǔ)言或是C語(yǔ)言編寫(xiě)，建議使用C語(yǔ)言編寫(xiě)。

3)完成系統(tǒng)的仿真與調(diào)試，使得系統(tǒng)在脫機(jī)狀況下，能穩(wěn)定可靠的工作。2、課程設(shè)計(jì)原理

依照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能要求，本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，用單片機(jī)的自動(dòng)控制能力協(xié)同按鍵控制，來(lái)控制溫度的采集和適時(shí)存儲(chǔ)。

確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)由單片機(jī)主控模塊、測(cè)溫模塊、顯示模塊、按鍵接口模塊和存儲(chǔ)模塊共五個(gè)模塊組成，電路系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1電路系統(tǒng)框圖

3.課程設(shè)計(jì)思路

3.1溫度采集DS18B203.1.1DS18B20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，溫度報(bào)警觸器TH和TL,配置寄放器。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。

圖3.1DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.1.2DS18B20引腳定義：

(1)DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；(2)GND為電源地；

(3)VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）3.1.3DS18B20的工作原理

DS18B20的存儲(chǔ)器包括高速暫存器RAM和可電擦除RAM，可電擦除RAM又包括溫度觸發(fā)器TH和TL，以及一個(gè)配置寄放器。存儲(chǔ)器能完整的確定一線端口的通訊，數(shù)字開(kāi)始用寫(xiě)寄放器的命令寫(xiě)進(jìn)寄放器，接著也可以用讀寄放器的命令來(lái)確認(rèn)這些數(shù)字。當(dāng)確認(rèn)以后就可以用復(fù)制寄放器的命令來(lái)將這些數(shù)字轉(zhuǎn)移到可電擦除RAM中。當(dāng)修改過(guò)寄放器中的數(shù)時(shí)，這個(gè)過(guò)程能確保數(shù)字的完整性。

高速暫存器RAM是由8個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)器組成；第一和其次個(gè)字節(jié)是溫度的顯示位。第三和第四個(gè)字節(jié)是復(fù)制TH和TL，同時(shí)第三和第四個(gè)字節(jié)的數(shù)字可以更新；第五個(gè)字節(jié)是復(fù)制配置寄放器，同時(shí)第五個(gè)字節(jié)的數(shù)字可以更新；六、七、八三個(gè)字節(jié)是計(jì)算機(jī)自身使用。用讀寄放器的命令能讀出第九個(gè)字節(jié)，這個(gè)字節(jié)是對(duì)前面的八個(gè)字節(jié)進(jìn)行校驗(yàn)。存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)圖如圖4.6所示。

DS18B20寄生電源強(qiáng)上拉供電方式電路圖

改進(jìn)的寄生電源供電方式如下面圖5所示，為了使DS18B20在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電流供應(yīng)，當(dāng)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到E2存儲(chǔ)器操作時(shí)，用MOSFET把I/O線直接拉到VCC就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到E2存儲(chǔ)器或啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換的指令后，必需在最多10μS內(nèi)把I/O線轉(zhuǎn)換到強(qiáng)上拉狀態(tài)。在強(qiáng)上拉方式下可以解決電流供應(yīng)不走的問(wèn)題，因此也適合于多點(diǎn)測(cè)溫應(yīng)用，缺點(diǎn)就是要多占用一根I/O口線進(jìn)行強(qiáng)上拉切換。

執(zhí)行序列

通過(guò)單線總線端口訪問(wèn)DS18B20的協(xié)議如下：步驟1.初始化

步驟2.ROM操作指令步驟3.DS18B20功能指令

每一次DS18B20的操作都必需滿足以上步驟，若是缺少步驟或是順序混亂，器件將不會(huì)返回值。例如這樣的順序：發(fā)起ROM探尋指令[F0h]和報(bào)警探尋指令[ECh]之后，總線控制器必需返回步驟1。初始化

通過(guò)單總線的所有執(zhí)行操作處理都從一個(gè)初始化序列開(kāi)始。初始化序列包括一個(gè)由總線控制器發(fā)出的復(fù)位脈沖和其后由從機(jī)發(fā)出的存在脈沖。存在脈沖讓總線控制器知道DS18B20在總線上且已準(zhǔn)備好操作。ROM指令

一旦總線控制器探測(cè)到一個(gè)存在脈沖，它就發(fā)出一條ROM指令。假使總線上掛有多只

DS18B20，這些指令將基于器件獨(dú)有的64位ROM片序列碼使得總線控制器選出特定要進(jìn)行操作的器件。這些指令同樣也可以使總線控制器識(shí)別有多少只，什么型號(hào)的器件掛在總線上，同樣，它們也可以識(shí)別哪些器件已經(jīng)符合報(bào)警條件。ROM指令有5條，都是8位長(zhǎng)度?？偩€控制器在發(fā)起一條DS18B20功能指令之前必需先發(fā)出一條ROM指令。ROM指令操作流程圖見(jiàn)圖11。

SearchROM[F0h](探尋ROM指令)

當(dāng)系統(tǒng)上電初始化的時(shí)候，總線控制器必需通過(guò)識(shí)別總線上所有ROM片序列碼去得到從機(jī)的數(shù)目和型號(hào)?？偩€控制器通過(guò)探尋ROM指令屢屢循環(huán)探尋ROM編碼，以確認(rèn)所有從機(jī)器件。在每次探尋ROM指令之后，總線控制器必需返回步驟1。READROM[33h]（讀取ROM指令）

只有在總線上存在單只DS18B20的時(shí)候才能使用這條命令。該命令允許總線控制器在不使用探尋ROM指令的狀況下讀取從機(jī)的64位片序列碼。假使總線上有不止一只從機(jī)，當(dāng)所有從機(jī)試圖同時(shí)傳送信號(hào)時(shí)就會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。MATHROM[55h]（匹配ROM指令）

匹配ROM指令，后跟64位ROM編碼序列，讓總線控制器在多點(diǎn)總線上定位一只特定的DS18B20。只有和64位ROM片序列碼完全匹配的DS18B20才能響應(yīng)隨后的存儲(chǔ)器操作指令；所有和64位ROM片序列碼不匹配的從機(jī)都將等待復(fù)位脈沖。SKIPROM[CCh](忽略ROM指令)

這條指令允許總線控制器不用提供64位ROM編碼就使用功能指令。例如，總線控制器可以先發(fā)出一條忽略ROM指令，然后發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換指令[44h]，從而完成溫度轉(zhuǎn)換操作。注意：當(dāng)只有一只從機(jī)在總線上時(shí)，無(wú)論如何，忽略ROM指令之后只能跟著發(fā)出一條讀取暫存器指令[BEh]。在單點(diǎn)總線狀況下使用該命令，器件無(wú)需發(fā)回64位ROM編碼，從而節(jié)省了時(shí)間。假使總線上有不止一只從機(jī)，若發(fā)出忽略ROM指令，由于多只從機(jī)同時(shí)傳送信號(hào)，總線上就會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。

ALARMSEARCH[ECH]（報(bào)警探尋指令）

這條命令的流程和探尋ROM指令一致，然而，只有滿足報(bào)警條件的從機(jī)才對(duì)該命令作出響應(yīng)。只有在最近一次測(cè)溫后遇到符合報(bào)警條件的狀況，DS18B20才會(huì)響應(yīng)這條命令。在每次報(bào)警探尋指令周期之后，總線控制器必需返回步驟1。關(guān)于報(bào)警操作流程見(jiàn)報(bào)警信號(hào)操作節(jié)。

DS18B20功能指令

在總線控制器發(fā)給欲連接的DS18B20一條ROM命令后，跟著可以發(fā)送一條DS18B20功能指令。這些命令允許總線控制器讀寫(xiě)DS18B20的暫存器，發(fā)起溫度轉(zhuǎn)換和識(shí)別電源模式。DS18B20的功能指令詳見(jiàn)下文，同時(shí)被概括于表4，并用流程圖示于圖12。CONVERTT[44h](溫度轉(zhuǎn)換指令)

這條命令用以啟動(dòng)一次溫度轉(zhuǎn)換。溫度轉(zhuǎn)換指令被執(zhí)行，產(chǎn)生的溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)以2個(gè)字節(jié)的形式被存儲(chǔ)在高速暫存器中，而后DS18B20保持等待狀態(tài)。假使寄生電源模式下發(fā)出該命令后，在溫度轉(zhuǎn)換期間（tconv），必需在10us(最多),

內(nèi)給單總線一個(gè)強(qiáng)上拉，見(jiàn)DS18B20供電節(jié)。假使DS18B20以外部電源供電，總線控制器在發(fā)出該命令后跟著發(fā)出讀時(shí)序，DS18B20如處于轉(zhuǎn)換中，將在總線上返回0，若溫度轉(zhuǎn)換完成，則返回1。寄生電源模式下，總線被強(qiáng)上拉拉高前這樣的通訊技術(shù)不會(huì)被使用。WRITESCRATCHPAD[4Eh]（寫(xiě)暫存器指令）

這條命令向DS18B20的暫存器寫(xiě)入數(shù)據(jù)，開(kāi)始位置在TH寄放器（暫存器的第2個(gè)字節(jié)），接下來(lái)寫(xiě)入TL寄放器（暫存器的第3個(gè)字節(jié)），最終寫(xiě)入配置寄放器（暫存器的第4個(gè)字節(jié)）。數(shù)據(jù)以最低有效位開(kāi)始傳送。上述三個(gè)字節(jié)的寫(xiě)入必需發(fā)生在總線控制器發(fā)出復(fù)位命令前，否則會(huì)中止寫(xiě)入。

READSCRATCHPAD[BEh]（讀暫存器指令）

這條命令讀取暫存器的內(nèi)容。讀取將從字節(jié)0開(kāi)始，一只進(jìn)行下去，知道第9字節(jié)（字節(jié)8，CRC）讀完，假使不想讀完所有字節(jié)，控制器可以在任何時(shí)間發(fā)出復(fù)位命令來(lái)中止讀取。

COPYSCRATCHPAD[48h]（拷貝暫存器指令）

這條命令把TH,TL和配置寄放器（第2、3、4字節(jié)）的內(nèi)容拷貝到EEPROM中。

假使使用寄生電源總線控制器必需在發(fā)出這條命令的10us內(nèi)啟動(dòng)強(qiáng)上拉并最少保持10ms，見(jiàn)DS18B20供電節(jié)所述。

RECALLE2[B8H]（召回EEPROM指令）

這條命令把報(bào)警觸發(fā)器的值（TH和TL）以及配置數(shù)據(jù)從EEPROM拷回暫存器?？偩€控制器在發(fā)出該命令后讀時(shí)序，DS18B20會(huì)輸出拷回標(biāo)識(shí)：0標(biāo)識(shí)正在拷回，1標(biāo)識(shí)拷回終止。這種拷回操作在DS18B20上電時(shí)自動(dòng)執(zhí)行，這樣器件一上電暫存器里馬上就存在有效的數(shù)據(jù)了。

READPOWERSUPPLY[B4h](讀電源模式指令)

總線控制器在這條命令發(fā)給DS18B20后發(fā)出讀時(shí)序，若是寄生電源模式，DS18B20將拉低總線，若是外部電源模式，DS18B20將會(huì)把總線拉高。關(guān)于這條指令的用法信息詳述于DS18B20供電節(jié)。單總線信號(hào)

DS18B20需要嚴(yán)格的單總線協(xié)議以確保數(shù)據(jù)的完整性。協(xié)議包括集中單總線信號(hào)類型：復(fù)位脈沖、存在脈沖、寫(xiě)0、寫(xiě)1、讀0和讀1。所有這些信號(hào)，除存在脈沖外，都是由總線控制器發(fā)出的。3.2存儲(chǔ)器AT24C02

I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必需保持穩(wěn)定，只有在時(shí)鐘線上的信號(hào)為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。

起始和終止信號(hào)：SCL線為高電平期間，SDA線由高電平向低電平的變化表示起始信號(hào)；SCL線為高電平期間，SDA線由低電平向高電平的變化表示終止信號(hào)。數(shù)據(jù)傳送格式

（1）字節(jié)傳送與應(yīng)答

每一個(gè)字節(jié)必需保證是8位長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳送最高位（MSB），每一個(gè)被傳送的字節(jié)后面都必需跟隨一位應(yīng)答位（即一幀共有9位）。假使一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到從機(jī)的應(yīng)答信號(hào)，則自動(dòng)認(rèn)為從機(jī)已