基于單片機(jī)控制的總線式多路高精度溫度采集系統(tǒng)

1、 目 錄1引言12總體設(shè)計(jì)方案1 2.1設(shè)計(jì)思路 12.2硬件設(shè)計(jì)框圖22.3軟件設(shè)計(jì)框圖23設(shè)計(jì)組成及原理分析 2 3.1傳感器模塊設(shè)計(jì)2 3.1.1 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)2 3.1.2 時(shí)序3 3.1.3 ds18b20控制字 4 3 .1 .4 ds18b20高速暫存器 4 3 .1 .5 64位rom結(jié)構(gòu) 4 3.2 顯示電路的設(shè)計(jì) 4 3.3 軟件設(shè)計(jì) 64總結(jié)與體會(huì) 8參考文獻(xiàn) 8附錄 1 9附錄 2 10基于單片機(jī)控制的總線式多路高精度溫度采集系統(tǒng)摘要：本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是基于單片機(jī)控制的單總線式多路高精度溫度采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)用多個(gè)ds18b20與單片機(jī)連接實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量和采集，并用

2、74ls245驅(qū)動(dòng)六位數(shù)碼管顯示ds18b20所測(cè)的溫度及ds18b20的路數(shù)。關(guān)鍵詞：電子線路 51單片機(jī) ds18b20 溫度采集1 引言近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。單片微型計(jì)算機(jī)是隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而誕生的，由于它具有體積小、功能強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于電子儀表、家用電器、節(jié)能裝置、軍事裝置、機(jī)器人、工業(yè)控制等諸多領(lǐng)域，使產(chǎn)品小型化、智能化，既提高了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，又降低了成本，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具

3、體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。本文主要介紹單片機(jī)在溫度測(cè)量采集中的應(yīng)用。本系統(tǒng)采用單片機(jī)at89c51為中心器件來(lái)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性強(qiáng)。2 總體設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)思路2.1.1 總體結(jié)構(gòu)整個(gè)溫度采集系統(tǒng)由溫度傳感器模塊和溫度轉(zhuǎn)換模塊以及顯示電路模塊組成，由于ds18b20包含了溫度傳感模塊與溫度轉(zhuǎn)換模塊，所以整個(gè)系統(tǒng)由溫度傳感器ds18b20和單片機(jī)以及六位數(shù)碼管顯示電路組成,ds18b20的使用，使硬件電路簡(jiǎn)單。2.1.2方案確立(1)傳感器的選擇ds18s20是美國(guó)dallas公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器。它可以把溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字

4、信號(hào)供單片機(jī)處理，特別適合構(gòu)成多點(diǎn)溫度巡回檢測(cè)系統(tǒng)。由于每片ds18s20都含有惟一的產(chǎn)品號(hào)，所以從理論上來(lái)說(shuō)，在一條總線上可以掛接任意多個(gè)ds18s20芯片。從ds18s20讀出或?qū)懭胄畔H需一根口線（單線接口）。讀/寫(xiě)及溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的ds18s20供電，而無(wú)需額外電源。ds18s20提供9位溫度讀數(shù)，構(gòu)成多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)而無(wú)需任何外圍硬件。1線熱電偶測(cè)量溫度是將傳統(tǒng)的熱電偶與一款新推出的多功能芯片ds2760結(jié)合起來(lái)，組成一種可直接將冷結(jié)溫度信號(hào)數(shù)字化的變送器。該變送器可以通過(guò)單條雙絞線與pc機(jī)（或微控制器）主機(jī)通信。其顯著的優(yōu)勢(shì)之一是，每一個(gè)變送器都

5、可賦予單獨(dú)的64位地址，這大大方便了總線主機(jī)的識(shí)別和選通。采用這種獨(dú)特的地址識(shí)別之后，多個(gè)傳感器可以形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，由軟件自動(dòng)識(shí)別和處理來(lái)自特定傳感器的數(shù)據(jù)。與熱電偶有關(guān)的信息可以由多功能芯片本身存儲(chǔ)，不過(guò)這種獨(dú)特的識(shí)別方法還可以讓參考數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在總線主機(jī)中。由于ds18b20電路簡(jiǎn)單，輕巧方便且溫度可直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，所以選擇ds18b20.(2)串并口顯示的選擇并口顯示用74ls245驅(qū)動(dòng)，串口顯示用74ls164驅(qū)動(dòng)，并口驅(qū)動(dòng)速度快，但占用太多i/o口，由于本系統(tǒng)i/o口閑置多，從速度方面考慮用并口顯示。2.2 硬件設(shè)計(jì)方框圖（如圖1）89c51復(fù)位電路晶振電路顯示電路傳感器電路圖1 設(shè)計(jì)

6、方框圖2.3 軟件設(shè)計(jì)方框圖（如圖2）圖2 軟件設(shè)計(jì)方框圖電路原理圖與軟件見(jiàn)附錄3 設(shè)計(jì)原理分析3.1 傳感器模塊設(shè)計(jì)dallas公司最新單線數(shù)字溫度系統(tǒng)ds18b20是新的“一線器件”，其體積更小、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ds18b20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)，用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)建引入了全新的概念。其測(cè)量溫度的范圍為 -55 +125度，在 10 +85 度范圍內(nèi)，可以程序設(shè)定 912 位的分辨率精度為正負(fù)0.5度。現(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)的抗干擾能力

7、。適合于惡劣環(huán)境的溫度測(cè)量。從性價(jià)比出發(fā)，其已經(jīng)能夠勝任我們一般設(shè)計(jì)的要求。3.1.1 1 ds18b20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)(1) 64 位光刻rom （其中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作該ds18b20的地址序列碼，并且其中的48位為該ds18b20的自身唯一序列號(hào)。其作用就是使每一個(gè)ds18b20都不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛多個(gè)ds18b20的目的）圖3 ds18b20引腳圖ds18b20封裝及引腳排列（如圖3）(2) 溫度傳感器 （完成對(duì)溫度的測(cè)量）(3) 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器th和tl、(4) 配置寄存器 （出廠時(shí)被設(shè)定為12位數(shù)據(jù)格式）2.引腳功能說(shuō)明dq 數(shù)字信號(hào)輸

8、入輸出端gnd 電源地vcc 為外接供電電源輸入端3. ds18b20的性能特點(diǎn)：采用單總線專(zhuān)用技術(shù)，既可通過(guò)串行口線，也可通過(guò)其它i/o口線與微機(jī)接口，無(wú)須經(jīng)過(guò)其它變換電路，直接輸出被測(cè)溫度值（9位二進(jìn)制數(shù)，含符號(hào)位） 測(cè)溫范圍為-55-+125，測(cè)量分辨率為0.0625內(nèi)含64位經(jīng)過(guò)激光修正的只讀存儲(chǔ)器rom適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)機(jī)用戶可分別設(shè)定各路溫度的上、下限內(nèi)含寄生電源。3.1.2 時(shí)序ds18b20的執(zhí)行序列 初始化（發(fā)一個(gè)不少于480 s的低脈沖）； 執(zhí)行rom命令，主要用于定位； 執(zhí)行ds18s20的存儲(chǔ)控制命令，用于轉(zhuǎn)換和讀數(shù)據(jù)； ds18s20的i/o信號(hào)有復(fù)位脈沖、回應(yīng)脈沖

9、、寫(xiě)0、讀0、寫(xiě)1和讀1等幾種。3.1.3 18b20控制命令字表1 18b20的rom命令指令說(shuō)明讀rom(33h)讀18b20的序列號(hào)匹配rom(55h)繼續(xù)讀完64位序列號(hào)的命令,用于多個(gè)18b20時(shí)定位跳過(guò)rom(cch)此命令執(zhí)行后的在存儲(chǔ)器打操作針對(duì)在線所有18b20搜rom(f0h)識(shí)別總線上各器件的編碼,為操作各器件做準(zhǔn)備報(bào)警搜索(ech)公溫度越限的器件對(duì)此命令作出響應(yīng)表2 18b20存儲(chǔ)控制命令 指令 說(shuō)明溫度轉(zhuǎn)換(44h)啟動(dòng)在線18b20做溫度ad轉(zhuǎn)換讀數(shù)據(jù)(beh)從高速暫存器讀9位溫度值和crc值寫(xiě)數(shù)據(jù)(4eh)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入高速暫存的第3和第4字節(jié)中復(fù)制(48h)將高

10、速暫存器中第3和第4字節(jié)復(fù)制到eeram讀eeram(b8h)將eeram內(nèi)容寫(xiě)入高速暫存器中第3和第4字節(jié)讀電源供電方式(b4h)了解18b20的供電方式3.1.4 ds18b20高速暫存器共9個(gè)存儲(chǔ)單元，如表3所示：表3 存儲(chǔ)單元序號(hào) 寄存器名稱(chēng) 作 用 序號(hào) 寄存器名稱(chēng) 作 用 0 溫度低字節(jié) 以16位補(bǔ)碼形式存放 4 配置寄存器 1 溫度高字節(jié) 5、6、7 保留 2 th/用戶字節(jié)1 存放溫度上限 8 crc 3 hl/用戶字節(jié)2 存放溫度下限 以12位轉(zhuǎn)化為例說(shuō)明溫度高低字節(jié)存放形式及計(jì)算：12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18b20的兩個(gè)高低兩個(gè)8位的ram中，二進(jìn)制中的前面5位

11、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才能得到實(shí)際溫度。 3.1.5 64位rom結(jié)構(gòu)，如圖4所示lsbmsb8位檢驗(yàn)crc 48位序列號(hào) 8位工廠代碼（10h） 圖4 64位rom結(jié)構(gòu)圖3.2 顯示電路的設(shè)計(jì)led顯示器接口方法（1）以硬件為主的接口方法，如圖5 圖5 以硬件為主的接口電路 （2）以軟件為主的接口方法如圖6 圖6 以軟件為主的接口電路由于并口驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管有速度上的優(yōu)勢(shì)，故本設(shè)計(jì)使用74ls245并口驅(qū)動(dòng).原理圖如圖7圖7 74ls245并口驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管3.3

12、 軟件設(shè)計(jì)3.3.1 主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理ds18b20的測(cè)量溫度值，溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次，其程序流程圖如圖8所示。3.3.2 讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出ram中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需要進(jìn)行crc校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫(xiě)。其程序流程圖如圖9所示。3.3.3 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令，當(dāng)采用12位分辯率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用1s顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如圖10所示。3.3.4 計(jì)算溫度子程序計(jì)算溫度子程序?qū)am中讀取值進(jìn)行bcd碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并

13、進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其流程圖如圖11所示。3.3.5 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對(duì)顯示緩沖區(qū)中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，流程圖如圖12所示。y 發(fā)ds18b20復(fù)位命令發(fā)匹配rom命令 發(fā)讀取溫度命令 讀取操作，crc校驗(yàn) 9字節(jié)完？crc校驗(yàn)正？確？移入溫度暫存器結(jié)束nny初始化調(diào)用顯示子程序 1s到？初次上電讀出溫度值溫度計(jì)算處理顯示數(shù)據(jù)刷新 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令nyny 圖8 主程序流程圖圖9 讀出溫度子程序流程圖 發(fā)ds18b20復(fù)位命令 發(fā)匹配rom命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令 結(jié)束圖10 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖 開(kāi)始 溫度零下?溫度值取補(bǔ)碼置“”標(biāo)志計(jì)算小數(shù)位溫度bcd值

14、 計(jì)算整數(shù)位溫度bcd值 結(jié)束置“+”標(biāo)志ny溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器 十位數(shù)0？ 百位數(shù)0？十位數(shù)顯示符號(hào)百位數(shù)不顯示百位數(shù)顯示數(shù)據(jù)（不顯示符號(hào)） 結(jié)束nnyy 圖11計(jì)算溫度流程圖 圖12顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖4 總結(jié)與體會(huì) 衷心的感謝學(xué)校給我們這次鍛煉自己動(dòng)手能力的機(jī)會(huì)，以及各個(gè)輔導(dǎo)老師的熱心幫助，使我們圓滿順利的完成了此次實(shí)習(xí)。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，使我學(xué)到了許多書(shū)本上無(wú)法學(xué)到的知識(shí),也使也深該體會(huì)到單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛，不僅使我對(duì)學(xué)過(guò)的單片機(jī)知識(shí)有了很多的鞏固，同時(shí)也對(duì)單片機(jī)這一門(mén)課程產(chǎn)生了更大的興趣。參考文獻(xiàn)1康華光.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社，20062康華光.數(shù)字電子技

15、術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，20063潘永雄，沙河.電子線路cad實(shí)用教程. 陜西：西安電子科技大學(xué)出版社，20074廖常初.現(xiàn)場(chǎng)總線概述j.電工技術(shù)，1999.6附錄1附錄2多路溫度采集系統(tǒng)源程序如下：;-數(shù)據(jù)定義-ds18sl equ 41h ;用于保存讀出溫度的低8位 ds18sh equ 40h ;用于保存讀出溫度的高8位ds18fig equ 8h ;是否檢測(cè)到ds18b20標(biāo)志位a_bit1 equ 31h ;數(shù)碼管個(gè)位數(shù)存放內(nèi)存位置b_bit1 equ 32h ;數(shù)碼管十位數(shù)存放內(nèi)存位置d_bit1 equ 35h ;數(shù)碼管百位數(shù)存放內(nèi)存位置ds18cd1 equ 42h ;d

16、s18cd1-ds18cd8暫存64位romds18cd2 equ 43h ;從低到高ds18cd3 equ 44hds18cd4 equ 45hds18cd5 equ 46hds18cd6 equ 47hds18cd7 equ 48hds18cd8 equ 49hds1864b equ 4ahds18ads equ 4bhds18dq equ p1.0 ;30h,31h,32h,33h: x 個(gè)位 十位 x;-程序開(kāi)始-org 0000hljmp mod7org 0030hmod7: mov sp,#60hlcall get_temper ;調(diào)用讀溫度子程序lcall readcodeajm

17、p mod7init_1820: ;ds18b20初始化setb ds18dqclr ds18dq ;延時(shí),500us低mcmov r7,#250djnz r7,$mov r7,#150djnz r7,$setb ds18dq ;釋放總線lcall delay60us ;15-60us的等待時(shí)間mov r6,#4setdsdq:lcall delay60usjnb ds18dq,setdsdqfh ;60-240us內(nèi)是否有返回信號(hào),為0跳djnz r6,setdsdqmov r7,#250djnz r7,$clr ds18figretsetdsdqfh:setb ds18figmov r7,

18、#250djnz r7,$mov r7,#100djnz r7,$ret;-數(shù)據(jù)處理-temp0: inc aajmp temp1tempcov: mov a,ds18sl ;數(shù)據(jù)處理子程序tempcovmov b,#16div abjb b.3,temp0temp1: mov 34h,a ;將ds18sl的高四位右移四位,存入34h中（溫度值）mov a,b ;將ds18sl的低四位x10/16得小數(shù)后一位數(shù).mov b,#10mul abmov b,#16div abmov 30h,a ;將小數(shù)后一位數(shù).存入30h中mov a,ds18sh ;ds18sh中存放高8位數(shù),權(quán)重16mov b

19、,#16mul abadd a,34h ;34h中存入溫度值的整數(shù)部分mov b,#10div abmov 31h,b ;個(gè)位存入31h中mov b,#10 ;div ab ;mov 32h,b ;十位存入32h中mov b,#10 ;div ab ;mov 35h,b ;百位存入33h中mov a,ds18shmov 33h,#10h ;jb acc.7,exit7mov 33h,#00hexit7: retget_temper: ;讀出轉(zhuǎn)換后的溫度值,并顯示setb ds18dqlcall init_1820 ;先復(fù)位ds18b20jb ds18fig,tss2ret ;判斷ds1820是

20、否存在?若ds18b20不存在則返回tss2: mov ds18ads,#0ds18jx:lcall ds18codpmov a,ds18adsadd a,#9mov ds18ads,acjne a,#63,ds18jxretds18codp:lcall mrcovt ;轉(zhuǎn)換指定的ds18b20的溫度lcall mrrdtedp ;顯示溫度rettemp:lcall init_1820jb ds18fig,next4retnext4:mov ds18ads,#9mov a,#0cch ;skip romlcall write_1820mov a,#44h ;溫度轉(zhuǎn)換命令lcall write_

21、1820lcall delay1slcall mrrdtedpret;寫(xiě)ds18b20的子程序(有具體的時(shí)序要求)write_1820: ;寫(xiě)ds18b20mov r5,#8ds18jxwe:setb ds18dq ;初始化clr ds18dqclr ds18dqmov r7,#5djnz r7,$ ;拉低15us內(nèi),寫(xiě)入數(shù)據(jù)clr crrc amov ds18dq,clcall delay60us ;持續(xù)60ussetb ds18dq ;寫(xiě)完一個(gè)位djnz r5,ds18jxweretread_1820_code: ;讀取code 64位mov r4,#8 ;讀8次數(shù)mov r1,#ds18

22、cd1 ;低位地址存在r1ds18jxrd3:mov r5,#8 ;8位數(shù)據(jù)ds18jxrd2:setb ds18dqclr ds18dq ;前兩句完成初始化nopnop ;延時(shí)至少1ussetb ds18dq ;上升沿,并在,15us內(nèi)讀數(shù)mov r7,#5djnz r7,$mov c,ds18dqrrc alcall delay60us ;讀時(shí)序,最少60usdjnz r5,ds18jxrd2mov r1,ainc r1djnz r4,ds18jxrd3setb ds18dqret;讀ds18b20的程序,從ds18b20中讀出兩個(gè)字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)read_18200:mov r4,#2 ;

23、讀兩次數(shù)mov r1,#ds18sl ;低位地址存在r1ds18jxrd1:mov r5,#8 ;8位數(shù)據(jù)ds18jxrd:setb ds18dqclr ds18dq ;前兩句完成初始化nopnop ;延時(shí)至少1ussetb ds18dq ;上升沿,并在,15us內(nèi)讀數(shù)mov r7,#5djnz r7,$mov c,ds18dqrrc alcall delay60us ;讀時(shí)序,最少60usdjnz r5,ds18jxrdmov r1,adec r1djnz r4,ds18jxrd1setb ds18dqretread_1820_1: ;讀取1位setb ds18dqclr ds18dqclr

24、 ds18dqclr ds18dqsetb ds18dqmov r7,#5djnz r7,$jb ds18dq,wefhlcall delay10mswefh:lcall delay60usretreadcode: ;讀取64位rom,并顯示出來(lái)setb ds18dqlcall init_1820jb ds18fig,nextretnext:mov a,#33hlcall write_1820lcall read_1820_codelcall displaycdretds1864sen: ;送出64個(gè)位的數(shù)據(jù)mov r4,#8mov dptr,#ds18tabds1864sen1:mov a,

25、ds1864bmovc a,a+dptrlcall write_1820inc ds1864bdjnz r4,ds1864sen1retmatchrom:lcall init_1820mov a,#55h ;march romlcall write_1820mov ds1864b,ds18adslcall ds1864senretmrcovt: ;匹配rom并發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令lcall matchrommov a,#44h ;發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令lcall write_1820lcall delay1sretmrrdtedp: ;匹配rom并顯示轉(zhuǎn)換溫度lcall init_1820lcall m

26、atchrommov a,#0beh ;發(fā)出讀取命令 lcall write_1820lcall read_18200lcall tempcovlcall display ;調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序ret;-寫(xiě)入e存儲(chǔ)器和讀e存儲(chǔ)器-ds18wee: ;寫(xiě)入e存儲(chǔ)器mov a,#48hlcall write_1820lcall delay10mslcall read_1820_1retds18rde: ;讀出e存儲(chǔ)器的內(nèi)容lcall init_1820jnb ds18fig,ds18rde1retds18rde1:lcall matchrommov a,#08bh ;讀出e中的值放到scratch

27、padlcall write_1820nopjb ds18dq,rderetrde: lcall read_18200ret;-顯示部分子程序-ds18disp: ;顯示是第幾個(gè)ds18b20mov a,ds18adsadd a,#8mov dptr,#ds18tabmovc a,a+dptrmov b,#16div ablcall dispmov a,blcall dispretdisplay:lcall ds18dispmov a,33hlcall dispmov a,32hlcall dispmov a,31hlcall dispmov a,30hlcall dispretdisplaycd: ;rom的編碼顯示.mov r1,#ds18cd1mov r4,#8displaycd1:mov a,r1mov b,