基于單片機的多點溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計說明

23/23集成電路課程設(shè)計課題：基于AT89C51單片機的多點溫度測量系統(tǒng)設(shè)計姓名：穎班級：測控12-1學(xué)號：3指導(dǎo)老師：汪玉坤日期：2014-11目錄一、緒論二、總體方案設(shè)計三、硬件系統(tǒng)設(shè)計1主控制器2顯示模塊3溫度采集模塊（1）DS18B20的部結(jié)構(gòu)（2）高速暫存存儲器（3）DS18B20的測溫功能與原理（4）DS18B20溫度傳感器與單片機的連接（5）單片機最小系統(tǒng)總體電路圖四、系統(tǒng)軟件設(shè)計五、系統(tǒng)仿真六、設(shè)計總結(jié)七、參考文獻(xiàn)八、附源程序代碼一、緒論在現(xiàn)代工業(yè)控制中和智能化儀表中，對于溫度的控制，恒溫等有較高的要求，如對食品的管理，冰箱的恒溫控制，而且現(xiàn)在越來越多的地方用到多點溫度測量，比如冰箱的保鮮層和冷凍層是不同的溫度這就需要多點的測量和顯示可以讓用戶直觀的看到溫度值，并根據(jù)需要調(diào)節(jié)冰箱的溫。它還在其他領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，如：消防電氣的非破壞性溫度檢測，電力、電訊設(shè)備之過熱故障預(yù)知檢測，空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測。。。。。。溫度檢測系統(tǒng)應(yīng)用十分廣闊。本設(shè)計采用DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20簡介新的"一線器件"體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟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"，測量溫度圍為-55°C~+125°C，在-10~+85°C圍,精度為±0.5°二、設(shè)計過程與工藝要求1、基本功能（1）檢測兩點溫度（2）兩秒間隔循環(huán)顯示溫度2、主要技術(shù)參數(shù)測溫圍：-30℃到+99℃測量精度：0.0625℃顯示精度：0.1℃顯示方法：LCD循環(huán)顯示3、系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)使用AT89C51單片機對兩個DS18B20進行數(shù)據(jù)采集，并通過1602LCD液晶顯示器顯示所采集的溫度。DS18B20以單總線協(xié)議工作，51單片機首先分別發(fā)送復(fù)位脈沖，使信號上所有的DS18B20芯片都被復(fù)位，程序先跳過ROM，啟動DS18B20進行溫度變換，再讀取存儲器的第一位和第二位讀取溫度，通過I/O口傳到1602LCD顯示。DS18B20DS18B20123圖（1）DS18B20引腳圖引腳定義如圖（1）：(1)GND為電源地；(2)DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；(3)Vcc為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。4、設(shè)計原理框圖最小AT89C51系統(tǒng)DS18B20（1）最小AT89C51系統(tǒng)DS18B20（1）DS18B20（2）1620LCD圖（2）原理框圖三、硬件設(shè)計1、主控制器（單片機）基于設(shè)計的要求要使用AT89C51單片機作為本系統(tǒng)設(shè)計的核心器件。由于AT89C51單片機是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能cMOS8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案，所以本系統(tǒng)采用AT89C51單片機作為系統(tǒng)的主控制器。其特點如下:①4K字節(jié)可編程閃速程序存儲器:1000次循環(huán)寫/擦②全靜態(tài)工作:OHz-24MHz③三級程序存儲器鎖定④128X8位部數(shù)據(jù)存儲器，32條可編程I/0線⑤兩個十六位定時器/計數(shù)器，六個中斷源⑥可編程串行通道，低功耗閑置和掉電模式2.顯示模塊本設(shè)計要求用LCD顯示器來顯示測出的溫度。LCD系列中LM016L型號的為2行16列液晶，可顯示2行16列英文字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0-D7，RS，R/W，EN三個控制端口（共14線），工作電壓為5V。沒背光，和常用的1602B功能和引腳一樣（除了調(diào)背光的二個線腳）。可以完全實現(xiàn)本設(shè)計的顯示功能。3.溫度采集模塊本設(shè)計用的是DS18B20溫度傳感器，它是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20部結(jié)構(gòu)（1）DS18B20的部結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖（3）DS18B20部結(jié)構(gòu)圖DS18B20有4個主要的數(shù)據(jù)部件：

①64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。②溫度靈敏元件。③非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL?？赏ㄟ^軟件寫入用戶報警上下限值。④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0工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值，其各位定義如圖（4）所示。TMR1R011111MSB

DS18B20配置寄存器結(jié)構(gòu)圖LSB圖（4）其中，TM：測試模式標(biāo)志位，出廠時被寫入0，不能改變；R0、R1：溫度計分辨率設(shè)置位，其對應(yīng)四種分辨率如下表所列，出廠時R0、R1置為缺省值：R0=1，R1=1（即12位分辨率），用戶可根據(jù)需要改寫配置寄存器以獲得合適的分辨率。配置寄存器與分辨率關(guān)系表：R0R1溫度計分辨率/bit最大轉(zhuǎn)換時間/us00993.750110187.510113751112750圖（5）（2）高速暫存存儲器高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配如下圖所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如圖所示。對應(yīng)的溫度計算：當(dāng)符號位S=0時，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當(dāng)S=1時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。溫度低位溫度高位THTL配置保留保留保留8位CRCLSBDS18B20存儲器映像圖MSB圖（6）（3）DS18B20的測溫功能與原理溫度值格式圖DS18B20溫度數(shù)據(jù)表：232221202-12-22-32-4MSBLSBSSSSS262524圖（7）典型對應(yīng)的溫度值表:溫度/℃二進制表示十六進制表示+125

+25.0625

+10.125

+0.5

0

-0.5

-10.125

-25.0625

-550000011111010000

0000000110010001

0000000010100010

0000000000001000

0000000000000000

1111111111111000

1111111101011110

1111111001101111

111111001001000007D0H

0191H

00A2H

0008H

0000H

FFF8H

FF5EH

FE6FH

FC90H圖（8）典型對應(yīng)的溫度值表（4）DS18B20溫度傳感器與單片機的連接圖（9）單片機最小系統(tǒng)LCD顯示屏電路：圖（10）LCD顯示屏電路（5）具體總體電路圖如下：圖（11）總體硬件圖四、軟件設(shè)計1、主程序方案主程序調(diào)用了4個子程序和一個歡迎開機畫面的程序，4個子程序分別是液晶初始化、DS18B201的初始化、DS18B202的初始化、和液晶顯示數(shù)據(jù)的程序。液晶初始化程序：8位數(shù)據(jù)端口,2行顯示,5*7點陣、開啟顯示,無光標(biāo)、清屏、AC遞增,畫面不動。分別對兩個DS18B20溫度傳感器初始化程序：初始化，讀寫一個字節(jié)，液晶顯示的子程序：確定液晶字符的輸入位置，將字符輸出到液晶顯示液晶顯示溫度程序：先讀DS18B20當(dāng)前溫度，將溫度轉(zhuǎn)化成液晶字符顯示。將各個功能程序以子程序的形式寫好，當(dāng)寫主程序的時候，只需要調(diào)用子程序調(diào)用指令使得程序結(jié)構(gòu)清晰，無論是修改還是維護都比較方便。將功能程序段寫成子程序的形式，除了方便調(diào)用之外，還有一個好處那就是以后寫程序的時候如果要用到，就可以直接調(diào)用這個單元功能模塊。2、流程圖主程序流程圖：開始開始液晶初始化液晶初始化兩個DS18B20初始化顯示開機畫面延時2秒顯示第一個溫度延時2秒顯示第二個溫度延時2秒圖（11）主程序流程圖開始開始功能設(shè)置（0x38）16*2顯示8位數(shù)據(jù)、5*7點陣不忙檢測，執(zhí)行三次延時5ms開顯示，無光標(biāo)（0xc0）延時5ms設(shè)置輸入模式（0x06）延時5ms清除顯示器（0x01）延時5ms退出返回圖（12）液晶初始化流程圖DS18B20初始化DS18B20初始化發(fā)跳過ROM命令發(fā)溫度讀取命令清DQ準(zhǔn)備發(fā)送延時1us以上讀一位數(shù)據(jù)延時<15us釋放總線延時15~45us2位是否讀完結(jié)束讀取NY開始圖（13）DS13B20的讀取數(shù)據(jù)流程圖開始開始取得18B20測得溫度數(shù)值將數(shù)值轉(zhuǎn)化為液字符型獲取首行顯示坐標(biāo)顯示首行字符獲取第二行顯示坐標(biāo)顯示溫度值延時400ms圖（14）液晶顯示流程圖五、調(diào)試仿真開機畫面：圖（15）開機畫面保持兩秒后顯示第一個溫度：圖（16）顯示第一個溫度保持兩秒后顯示第二個傳感器測量的溫度：圖（17）顯示第二個溫度如此循環(huán)顯示兩個溫度，仿真成功。六、設(shè)計總結(jié)AT89C51的時鐘為12M，I/O口可達(dá)32個，較高的時鐘頻率和豐富的I/O，都為實現(xiàn)電路功能提供了非常有利的條件。同時也AT89S51含4KBFLASHROM，開發(fā)環(huán)境友好，易用，方便，加上Proteus仿真大大加快本系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)。在此次設(shè)計中學(xué)會了對Proteus的基本使用，對里面一些基本元件的英文，如電阻RES、電容CAP、晶振CRYSTAL等，學(xué)會了連線和運行。在設(shè)計過程中也遇到一些問題，由于LCD是現(xiàn)實的字符型數(shù)據(jù)，數(shù)字不能直接送去顯示，所有對于數(shù)字的顯示首先要轉(zhuǎn)換為字符格式，方法為：數(shù)字+‘0’；對于溫度傳感器的小數(shù)處理也遇到一些問題，兩個選的是12位，精度為0.0625，DS18B20的溫度寄存器里低八位的低四位為小數(shù)部分，小數(shù)的值為0.0625*低八位的低四位，但是由于單片機的數(shù)據(jù)處理能力較差，不能處理小數(shù)的乘法運算，用上方法就顯示錯誤，后來想到可以把小數(shù)先變成整數(shù)處理，令低八位的低四位為t，小數(shù)后的第一位=625*t/1000，然后將這個數(shù)字在小數(shù)點后顯示即可。其實該本設(shè)計還有很多的不足，本實驗是用單片機的多個I/O口來驅(qū)動多路，DS18B20是一總線結(jié)構(gòu)，每一個DS18B20在其ROM中都存有一個其唯一的48位序列號,在出廠前已寫入片RMO中,主機在進行操作程序前必須逐一接入18B20用讀ROM(33H)命令將該18B20的序列號讀出并登錄.當(dāng)主機需要對眾多在線的DS18B20的某一個進行操作,首先要發(fā)出匹配ROM命令(55H),緊接著主機提供64位序列(包括該DS8B20的48位序列號),之后操作就是針對該DS18B20的.而所謂跳過ROM命令.即為:之后的操作是對所有DS18B20的，所以可以在一根總線上掛多個DS18B20。七、主要參考資料：[1]林志琦.基于Proteus的單片機可視化軟硬件仿真[M].:航空航天大學(xué),2006.9[2]周潤景,麗娜.基于PROTEUS的電路與單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真[M].:航空航天大學(xué),2006.5[3]靖武,周靈彬.單片機系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計與仿真[M].:電子工業(yè),2007.4[4]周潤景,麗娜.PROTEUS入門實用教程[M].:機械工業(yè),2007.9[5]樓然苗,光飛.51系列單片機設(shè)計實例[M].:航空航天大學(xué),2003.3[6]樓然苗,光飛.單片機課程設(shè)計指導(dǎo)[M].:航空航天大學(xué),2007.7[7].賈東耀，汪仁煌.數(shù)字溫度傳感器在倉庫溫度檢測系統(tǒng)的應(yīng)用[J].傳感器世界，2001[8]DALLASDS18B20數(shù)據(jù)手冊［Z］.：//.maximic.八、附源程序代碼#include<REG51.H>#include<intrins.h>#include<math.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharuchartemp_value;//溫度值ucharTempBuffer[7];voidshow_time();//液晶顯示程序uchartemp_value1;//溫度值ucharTempBuffer1[7];charxiaoshu=0;charxiaoshu1=0;voidshow_time1();/***********1602液晶顯示部分子程序****************/chardone,count,temp,flag,up_flag,down_flag;//PortDefinitions**********************************************************sbitLcdRs =P2^0;sbitLcdRw =P2^1;sbitLcdEn =P2^2;sfrDBPort =0x80; //P0=0x80,P1=0x90,P2=0xA0,P3=0xB0.數(shù)據(jù)端口sbitDQ=P1^7;//溫度傳送數(shù)據(jù)IO口sbitDQ1=P1^6; //部等待函數(shù)**************************************************************************unsignedcharLCD_Wait(void){ LcdRs=0; LcdRw=1; _nop_(); LcdEn=1; _nop_(); LcdEn=0; returnDBPort; }//向LCD寫入命令或數(shù)據(jù)************************************************************#defineLCD_COMMAND 0//Command#defineLCD_DATA 1//Data#defineLCD_CLEAR_SCREEN 0x01//清屏#defineLCD_HOMING 0x02//光標(biāo)返回原點voidLCD_Write(bitstyle,unsignedcharinput){ LcdEn=0; LcdRs=style; LcdRw=0; _nop_(); DBPort=input; _nop_();//注意順序 LcdEn=1; _nop_();//注意順序 LcdEn=0; _nop_(); LCD_Wait(); }//設(shè)置顯示模式************************************************************#defineLCD_SHOW 0x04//顯示開#defineLCD_HIDE 0x00//顯示關(guān) #defineLCD_CURSOR 0x02 //顯示光標(biāo)#defineLCD_NO_CURSOR 0x00//無光標(biāo) #defineLCD_FLASH 0x01//光標(biāo)閃動#defineLCD_NO_FLASH 0x00//光標(biāo)不閃動voidLCD_SetDisplay(unsignedcharDisplayMode){ LCD_Write(LCD_COMMAND,0x08|DisplayMode); }//設(shè)置輸入模式************************************************************#defineLCD_AC_UP 0x02#defineLCD_AC_DOWN 0x00//default#defineLCD_MOVE 0x01//畫面可平移#defineLCD_NO_MOVE 0x00//defaultvoidLCD_SetInput(unsignedcharInputMode){ LCD_Write(LCD_COMMAND,0x04|InputMode);}//初始化LCD************************************************************voidLCD_Initial(){ LcdEn=0; LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38);//8位數(shù)據(jù)端口,2行顯示,5*7點陣 LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38); LCD_SetDisplay(LCD_SHOW|LCD_NO_CURSOR);//開啟顯示,無光標(biāo) LCD_Write(LCD_COMMAND,LCD_CLEAR_SCREEN);//清屏 LCD_SetInput(LCD_AC_UP|LCD_NO_MOVE);//AC遞增,畫面不動}//液晶字符輸入的位置************************voidGotoXY(unsignedcharx,unsignedchary){ if(y==0) LCD_Write(LCD_COMMAND,0x80|x); if(y==1) LCD_Write(LCD_COMMAND,0x80|(x-0x40));}//將字符輸出到液晶顯示voidPrint(unsignedchar*str){ while(*str!='\0') { LCD_Write(LCD_DATA,*str); str++; }}/***********ds18b20子程序*************************//***********ds18b20延遲子函數(shù)（晶振12MHz）*******/voiddelay_18B20(unsignedinti){ while(i--);}/**********ds18b20初始化函數(shù)**********************/voidInit_DS18B20(void){ unsignedcharx=0; DQ=1;//DQ復(fù)位 delay_18B20(8);//稍做延時 DQ=0;//單片機將DQ拉低 delay_18B20(80);//精確延時大于480us DQ=1;//拉高總線 delay_18B20(14); x=DQ;//稍做延時后如果x=0則初始化成功x=1則初始化失敗 delay_18B20(20);}/***********ds18b20讀一個字節(jié)**************/unsignedcharReadOneChar(void){ uchari=0; uchardat=0; for(i=8;i>0;i--) { DQ=0;//給脈沖信號 dat>>=1; DQ=1;//給脈沖信號 if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(4); } return(dat);}/*************ds18b20寫一個字節(jié)****************/voidWriteOneChar(uchardat){ unsignedchari=0; for(i=8;i>0;i--) { DQ=0; DQ=dat&0x01; delay_18B20(5); DQ=1; dat>>=1;}}/**************讀取ds18b20當(dāng)前溫度************/voidReadTemp(void){ unsignedchara=0; unsignedcharb=0;chart;longtt; Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); //跳過讀序號列號的操作 WriteOneChar(0x44); //啟動溫度轉(zhuǎn)換 delay_18B20(100);//thismessageisweryimportant Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); //跳過讀序號列號的操作 WriteOneChar(0xBE); //讀取溫度寄存器等（共可讀9個寄存器）前兩個就是溫度 delay_18B20(100); a=ReadOneChar(); //讀取溫度值低位 b=ReadOneChar(); //讀取溫度值高位 temp_value=b<<4; temp_value+=(a&0xf0)>>4;t=a&0x0f;tt=t*625; xiaoshu=tt/1000;}voidtemp_to_str()//溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成液晶字符顯示{TempBuffer[0]=temp_value/10+'0';//十位TempBuffer[1]=temp_value%10+'0';//個位TempBuffer[2]='.';TempBuffer[3]=xiaoshu+'0';TempBuffer[4]=0xdf;TempBuffer[5]='C';TempBuffer1[6]='\0';}voidDelay1ms(unsignedintcount){ unsignedinti,j; for(i=0;i<count;i++) for(j=0;j<120;j++);}voidshow_time()//液晶顯示程序{ReadTemp();//開啟溫度采集程序temp_to_str();GotoXY(0,0);Print("first");GotoXY(0,1);//溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成液晶字符Print("temp:");GotoXY(6,1);//液晶字符顯示位置Print(TempBuffer);//顯示溫度Delay1ms(400);//掃描延時}/***********ds18b20子程序*************************//***********ds18b20延遲子函數(shù)（晶振12MHz）*******//**********ds18b20初始化函數(shù)**********************/voidInit_DS18B201(void){ unsignedcharx=0; DQ1=1;//DQ復(fù)位 delay_18B20(8);//稍做延時 DQ1=0;//單片機將DQ拉低 delay_18B20(80);//精確延時大于480us DQ1=1;//拉高總線 delay_18B20(14); x=DQ1;//稍做延時后如果x=0則初始化成功x=1則初始化失敗 delay_18B20(20);}/***********ds18b20讀一個字節(jié)**************/unsignedcharReadOneChar1(void){ uchari=0; uchardat=0; for(i=8;i>0;i--) { DQ1=0;//給脈沖信號 dat>>=1; DQ1=1;//給脈沖信號 if(DQ1) dat|=0x80; delay_18B20(4); } return(dat);}/*************ds18b201寫一個字節(jié)****************/voidWriteOneChar1(uchardat){ unsignedchari=0; for(i=8;i>0;i--) { DQ1=0; DQ1=dat&0x01; delay_18B20(5); DQ1=1; dat>>=1;}}/**************讀取ds18b201當(dāng)前溫度************/voidReadTemp1(void){ unsignedchara=0; unsignedcharb=0; unsignedchart=0;longtt; Init_DS18B201(); WriteOneChar1(0xCC); //跳過讀序號列號的操作 WriteOneChar1(0x44); //啟動溫度轉(zhuǎn)換 delay_18B20(100);//thismessageisweryimportant Init_DS18B201(); WriteOneChar1(0xCC); //跳過讀序號列號的操作 WriteOneChar1(0xBE); //讀取溫度寄存器等（共可讀9個寄存器）前兩個就是溫度 delay_18B20(100); a=ReadOneChar1(); //讀取溫度值低位 b=ReadOneChar1();