【正文】 ..................................................................................................26 參考文獻(xiàn) .........................................................................................................................27 基于單片機(jī)的多路溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) IV 致 謝 ...............................................................28 附錄 A 多路溫度檢測(cè)系統(tǒng)示意圖 .......................................29 附錄 B DS18B20 溫度測(cè)量程序 .........................................30 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒論 本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)一種多路溫度采集檢測(cè)系統(tǒng)，采用目前低價(jià)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)顯示所測(cè)的四路溫度數(shù)值，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)需要，設(shè)置了一定范圍的報(bào)警值，報(bào)警優(yōu)先顯示，利用按鍵消除報(bào)警。 溫度是工業(yè)對(duì)象中主要的被控參數(shù)之一，在各個(gè)種類(lèi)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。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(guò)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(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。單片機(jī)目前以 8位 機(jī)為主流，不斷增強(qiáng)控制能力，降低成本，減小體積，改善開(kāi)發(fā)環(huán)境，以空前的速度迅速而廣泛地取代經(jīng)典電子系統(tǒng)。 在溫度采集方面各國(guó)均取得了許多可喜的成果，其中前蘇聯(lián)的壓石英頻率溫度計(jì)分辨能力可達(dá) 攝氏度，而且在 40— 230 攝氏度范圍內(nèi)溫度與頻率的線性特 性；我國(guó)生產(chǎn)的石英溫度傳感器分辨率達(dá)到 攝氏度，誤差在 攝氏度以內(nèi)。 如何基于 AT89S52 對(duì) 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(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)； （ 2） 單片機(jī)外圍硬件的電路設(shè)計(jì)； （ 3） 內(nèi)部程序的編寫(xiě)。 AT89S52 單片機(jī) 接口接單線總線。在溫度測(cè)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(wèn)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(cè)溫效果。 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(gè)DS18B20 芯片。處理時(shí)，將 DS18B20 信號(hào)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(cè)系統(tǒng)。下面簡(jiǎn)單地介紹一下 AT89S52。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 31所示 。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，直到下一個(gè)中斷或 圖 31 是 AT89S52 的引腳配置， 40 個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根， 4組 8位共 32個(gè) I/O 口，中斷口與 P3口復(fù)用。 AT89S52 的時(shí)鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在 18 和 19 腳外接石英晶體 (212MHz)和振蕩電容 ,振蕩電容的值一般取 10PF30PF；另外一種是外部時(shí)鐘方式，即將 XTAL1 接地，外部時(shí)鐘信號(hào)從 XTAL2 腳輸入。 在對(duì)單片機(jī)設(shè)計(jì)中， P0 作為數(shù)碼管的段選選通端口何數(shù)字鍵盤(pán)接口。 值得注意的是， P0、 P P P3口作為普通 I/O 口使用時(shí)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(duì)鎖存器的寫(xiě)入操作。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 。 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式來(lái)為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反響放大器，它用來(lái)構(gòu)成振蕩器。通常電路中的電容 C1和 C2 的值都取為 30PF。 時(shí)鐘 電路如圖 32所示 ?；趩纹瑱C(jī)的多路溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 但是，電容的充電時(shí)間決定了 RST 端持續(xù)高電平的時(shí)間。圖 33 中：C7=10uf， R21= 圖 33 復(fù)位電路 本設(shè)計(jì)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(cè)試系統(tǒng)。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 DS18B20供電，而無(wú)需額外電源。 DS18B20 簡(jiǎn)介 DS18B20 是美國(guó) Dallas 半導(dǎo)體公司推出的第一片支持 一線總線 接口的溫度傳感器。 表 31 DS18B20詳細(xì)引腳功能描述 1 2 3 D A LL A S D S 18B 20 1 2 3 D S 18B 20 T O 92 封狀底視圖 GND DQ VDD 圖 33 DS18B20的管腳排列 （ 2） DS18B20 的產(chǎn)品特點(diǎn) 1） 只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。 5） 數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從 9位到 12 位選擇。開(kāi)漏單總線接口引腳。 基于單片機(jī)的多路溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 DS18B20 的工作原理是： DS18B20 采用 3腳 PR35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(kāi)路輸出， 常態(tài)下呈高電平； VDD是外部 +5V 電源端，不用時(shí)應(yīng)接地； DQ 為空腳。由于 DS18B20 采用的是 1－ Wire 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(duì) AT89S52 單片機(jī)來(lái)說(shuō)，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(lái)模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來(lái)完成對(duì) DS18B20 芯片的訪問(wèn)。所有時(shí)序都 是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。 對(duì)于 DS18B20 的讀時(shí)序是從主機(jī)把單總線拉低之后，在 15μ s 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。 圖 38 DS18B20 測(cè)溫原理框圖 DS18B20 的溫度測(cè)量原理如下： DS18B20 測(cè)量溫度時(shí)使用特有的溫度測(cè)量技術(shù)，其測(cè)量電路框圖如圖 38所示。如果門(mén)電路仍然未關(guān)閉，則重復(fù)以過(guò)程。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(chǔ)器操作命令 → 處理數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用 四位 共陽(yáng)極 數(shù)碼管 動(dòng)態(tài)顯示溫度，系統(tǒng)設(shè)有上下限報(bào)警電路。 顯示器與鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì) 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(guò)按鍵設(shè)置也可以監(jiān)控某一通道的溫度 ,還設(shè)置報(bào)警溫度，具有越限報(bào)警功能。共陽(yáng)極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，通常此公共陽(yáng)極接正電壓。因此，選擇直接由三極管驅(qū)動(dòng)。動(dòng)態(tài)顯示就是單 片機(jī)定時(shí)的對(duì) LED 進(jìn)行掃描，然后使其逐個(gè)的顯示出結(jié)果。 基于單片機(jī)的多路溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 圖 39 顯示電路 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì) 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(guò)按鍵設(shè)置也可以監(jiān)控某一通道的溫度 ,還設(shè)置報(bào)警溫度，具有越限報(bào)警功能。蜂鳴器可用 AT89S52 的 I/O 口線 通過(guò)設(shè)置 PNP 的飽和截止 驅(qū)動(dòng) 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(hào) ,即可使蜂鳴器報(bào)警。 (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。多個(gè)器件掛在一條總線上為了識(shí)別不同的器件，在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中一般有四個(gè)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。 (3) 延遲 104μ s。 (7) 進(jìn)行 CRC校驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理后送 LED 顯示器顯示。用同樣方法讀取序列號(hào)的 56 位?？紤]到 DS18B20 測(cè)量溫度的整數(shù)部分以 ℃和 ℃為進(jìn)位界限的關(guān)系。存放位置： 6AH～ 6DH 為 0 通道設(shè)定值存放單元 (依次為小數(shù)位 ,個(gè)位 ,十位 ,百位數(shù) )； 6EH～ 6FH,76H～ 77H為 1通道設(shè)定值存放單元 (依次為小數(shù)位 ,個(gè)位 ,十位 ,百位數(shù) )； 基于單片機(jī)的多路溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 78H～ 7BH 為 2 通道設(shè)定值存放單元 (依次為小數(shù)位 ,個(gè)位 ,十位 ,百位數(shù) )； 7CH～ 7FH 為 3 通道設(shè)定值存放單元 (依次為小數(shù)位 ,個(gè)位 ,十位 ,百位數(shù) )； 51H～ 54H 顯示值存放單元 (調(diào)溫度閃爍時(shí)再送回顯示單元 )。多通道數(shù)據(jù)顯示流程圖如圖 43 所示。 DS18B20 只有 3 個(gè)引腳 ， 其中兩根是電源線 VDD 和GND (本設(shè)計(jì)中采用外部電源供電方式 ) ,另外 1 根用作總線 DQ ,其輸出和輸入均是數(shù)字信號(hào)且與 TTL 電平兼容 ， 因此可以與微處理器直接進(jìn)行接口 。 鍵盤(pán)用來(lái)設(shè)置上限與下限的溫度報(bào)警 ,字符液晶用來(lái)顯示通道號(hào)、該通道的溫度和所設(shè)置的上下限溫度 。 (3)軟硬聯(lián)合調(diào)試 整個(gè)軟件通過(guò)匯編語(yǔ)言編程 ， 先在 Keil C51 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下將編好的程序進(jìn)行編譯、調(diào)試 ， 調(diào)試通過(guò)后會(huì)生成 DS18B20。 利用 Proteus 進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)可以極大地簡(jiǎn)化單片機(jī)程序在目標(biāo)硬件上的調(diào)試工作 ， 大幅度節(jié)省制作電路板的時(shí)間 ， 對(duì)于提高產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)效率、降低開(kāi)發(fā)成本等有重要作用 。 進(jìn)行 設(shè)計(jì)和 測(cè)試后，用模擬值檢測(cè)按鍵功能，接著實(shí)現(xiàn)了 DS18B20 對(duì)多路溫度信號(hào)通道的采集 ， 同時(shí)也完成了 四 路通道的循環(huán)采集和單通道采集，再根據(jù)采集到的實(shí)際信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理轉(zhuǎn)換成溫度值送入顯示器顯示。 綜上所述，用簡(jiǎn)單的硬件以及編程方法自動(dòng)建立關(guān)系表，在單總線多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了數(shù)字溫度傳感器的自動(dòng)識(shí)別，大大有利于系統(tǒng)的調(diào)試、維護(hù)，減少維護(hù)工作量，并解決了過(guò)去維護(hù)工作必須由專業(yè)人員來(lái)完成，而不是由運(yùn)行人員來(lái)完成的不便。在論文上給我很多的幫助和指導(dǎo)。由于本人水平有限，而且經(jīng)驗(yàn)不足。讀取的溫度值存放的單元 TEMPL DATA 26H 。存放 BCD碼調(diào)整后溫度的低字節(jié) DISPLY DATA 70H 。78H～ 7BH為 2通道設(shè)定值存放單元 (依次為小數(shù)位 ,個(gè)位 ,十位 ,百位數(shù) ) STONG2_G DATA 79H STONG2_S DATA 7AH STONG2_B DATA 7BH STONG3_X DATA 7CH 。BJ0～ BJ3 報(bào)警標(biāo)志 (0～ 3通道 ) BITXT DATA 21H 。T0 定時(shí) 2S 到標(biāo)志 F01 BIT 。選擇設(shè)定溫度的 位 SW4 BIT 。TONG0～ TONG3通道 0～通道 3選擇鍵 TONG1 BIT TONG2 BIT TONG3 BIT LED0 BIT 。轉(zhuǎn)初始化 ORG 000BH LJMP T0IT 。初始化 。串行口工作在方式 0 MOV TMOD,11H 。100MS SJMP INIT ERROR:NOP LJMP START NOP INIT:NOP SETB ET0 。 MAIN:NOP NOP LCALL K1 。讀取轉(zhuǎn)換溫度值 LCALL DISP1 LCALL cont_temp 。溫度達(dá)到上限值 ? LJMP BAOJINBZ