基于C的DSB多點測溫系統(tǒng)

1、 基于C51的DS18B20多點測溫系統(tǒng)2013-07-22目錄摘 要3第一章 緒論41.1 開發(fā)背景及意義4第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計52.1 單片機52.2 DS18B20溫度測量模塊52.3 液晶顯示模塊82.4串口通訊模塊9第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計103. 1系統(tǒng)初始化103.2 溫度測量程序11第四章 系統(tǒng)仿真調(diào)試124.1 系統(tǒng)仿真調(diào)試12附錄14摘 要 本文介紹了基于溫度傳感器DS18b20與AT89C52單片機組成的多點溫度分布式測溫系統(tǒng)。設(shè)計了其系統(tǒng)構(gòu)成和軟件方案。該系統(tǒng)面向?qū)嶋H需求，設(shè)定DS18b20溫度范圍為-55+125，采用LCD1602液晶顯示屏，顯示兩路溫度傳感器的測量溫度

2、值。同時通過串口通訊與PC機進行通訊。傳輸采集到的溫度值。 實際應(yīng)用表明。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境下現(xiàn)場溫度的測量，可應(yīng)用于倉庫測溫、樓宇空調(diào)控制和生產(chǎn)過程監(jiān)控等領(lǐng)域。 關(guān)鍵詞：DS18b20，分布式，1602 串口通第一章 緒論1.1 開發(fā)背景及意義溫度的測量和控制在儲糧倉庫、智能樓宇空調(diào)控制及其他的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中應(yīng)用廣泛。傳統(tǒng)的溫度檢測是使用諸如熱電偶、熱電阻、半導(dǎo)體pn結(jié)之類的模擬傳感器，經(jīng)信號取樣電路、放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路處理，獲取表示溫度值的數(shù)字信號，再交由微處理器。因為檢測環(huán)境復(fù)雜，測量點多，信號傳輸距離遠及各種干擾的影響，使得傳統(tǒng)測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可

3、靠性下降。近年來隨著單片機的發(fā)展和傳感器技術(shù)的革新，溫度檢測領(lǐng)域也完成了從模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)變。DS18b20溫度傳感器的廣泛應(yīng)用更是推動了這一領(lǐng)域的發(fā)展。另外液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點在各類儀表和顯示系統(tǒng)中得到越來越多的應(yīng)用，現(xiàn)在也是單片機應(yīng)用設(shè)計中最常用的信息顯示模塊。綜合以上產(chǎn)品的發(fā)展特點，希望溫度檢測系統(tǒng)在未來的發(fā)展中有更廣闊的應(yīng)用空間并且具有更好的現(xiàn)場測量優(yōu)越性。第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計本系統(tǒng)通過DS18B20溫度傳感器采集溫度值，經(jīng)由單片機處理由液晶顯示模塊顯示當(dāng)前溫度值，并經(jīng)過串口通信將溫度傳送到PC上2.1 單片機本系統(tǒng)采用AT89C52單片機

4、作為微處理器。AT89C52單片機是ATMEL公司89系列單片機的一種8位Flash單片機。它最大的特點是片內(nèi)含有8k可重復(fù)編程的Flash存儲器，可進行1000次的擦寫操作。另外AT89c52單片機采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容，并且其兼具省電耐用、性能穩(wěn)定的特點，因此成為單片機市場的主流產(chǎn)品。本系統(tǒng)采用晶振根據(jù)需要確定系統(tǒng)工作頻率為11.0592Mhz。圖2.1單片機結(jié)構(gòu)圖2.2 DS18B20溫度測量模塊 DS18b20是美國DALLAS公司推出的單總線數(shù)字化測溫集成電路，它具有獨特的單線接口方式，將非電模擬量溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字

5、信號串行輸出僅需占用1位I/O端口，能夠直接讀取被測現(xiàn)場的溫度值。它體積小，電壓適用范圍寬（3v5v），且可通過編程實現(xiàn)912位的溫度讀數(shù)，即具有可調(diào)的溫度分辨率，因此實用性和可靠性較高，應(yīng)用廣泛。以下是DS18b20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖2.2.1 DS18b20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B20有4個主要的數(shù)據(jù)部件： 64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。 溫度靈敏元件。 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。 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

6、溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值。 DS18B20的測溫范圍為-55+125,在-10+85范圍內(nèi)，精度為±0.5。在電壓低于3.4v時精度誤差較大。 根據(jù)其時序特點以下是DS18B20與AT89C52單片機構(gòu)成的溫度監(jiān)測系統(tǒng)如下圖2.2.2溫度監(jiān)測系統(tǒng)DS18b20的典型應(yīng)用在本系統(tǒng)中兩個溫度傳感器與單片機連接方式如下：圖2.2.3 傳感器與單片機連接圖本系統(tǒng)為多點溫度測試。DS18B20采用外部供電方式，理論上可以在一根數(shù)據(jù)總線上掛256個DS18B20，但實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，如果掛接20個以上的DS18B20就會產(chǎn)生功耗問題。另外單總線長度也不宜超過0.5M，否則會影響到數(shù)據(jù)的傳輸。在本電

7、路板的設(shè)計中考慮到初步實踐的準確性，暫使用2個DS18B20分別連接單片機的p2.6口。對DS18B20的設(shè)計，需要注意以下問題（1）對硬件結(jié)構(gòu)簡單的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20 進行操作，需要用較為復(fù)雜的程序完成。編制程序時必須嚴格按芯片數(shù)據(jù)手冊提供的有關(guān)操作順序進行，讀、寫時間片程序要嚴格按要求編寫。尤其在使用DS18B20 的高測溫分辨力時，對時序及電氣特性參數(shù)要求更高。（2）實際應(yīng)用時，要注意單線的驅(qū)動能力，不能掛接過多的DS18B20，同時還應(yīng)注意最遠接線距離。另外還應(yīng)根據(jù)實際情況選擇其接線拓撲結(jié)構(gòu)。2.3 液晶顯示模塊本系統(tǒng)使用的是1602液晶顯示模塊。1602液晶顯示器以其微

8、功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧、位數(shù)多、程序簡單的諸多優(yōu)點，在各類儀表和低功耗系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)顯示內(nèi)容可以分為字符型液晶，圖形液晶。根據(jù)顯示容量又可以分為單行16字，2行16字，兩行20字等等。 在本系統(tǒng)中使用的是字符型兩行16字液晶顯示器。在與單片機連接時使用接口電路（排針）相連，為并行通信。以下是1602液晶顯示器外型圖和液晶顯示的典型應(yīng)用。圖2.3.1 液晶顯示器外形圖 1602液晶顯示采用標(biāo)準的16腳接口，其中：（模塊背面有標(biāo)注）圖2.3.2 串口通訊 第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源 第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源

9、時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址；當(dāng)RS為高電平、RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第1516腳：空腳1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了不同的點陣字符圖形，這些字符有，阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個

10、字符都有一個固定的代碼，其中數(shù)字與字母同ASCII碼兼容。2.4串口通訊模塊UART是一種通用串行數(shù)據(jù)總線，用于異步通信。該總線雙向通信，可以實現(xiàn)全雙工傳輸和接收。實現(xiàn)單片機和PC機的通訊工作，接一個MAX232 實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)化。電路圖如下：第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計圖3 系統(tǒng)流程圖整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。本系統(tǒng)主程序主要包括三個子程序，分別為液晶顯示子程序，溫度測量子程序，串口通訊子程序。主體軟件架構(gòu)如左圖：3. 1系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化主要包括UART初始化，液晶顯示初始化，溫度傳感器初始化。UART初始化包括定義定時器/計數(shù)器和串行

11、口的工作方式，定義T1為自動重裝8位計數(shù)器。液晶顯示初始化主要是確定液晶顯示器的工作方式、顯示開關(guān)、光標(biāo)開關(guān)等。溫度傳感器初始化包括一個由總線控制器發(fā)出的復(fù)位脈沖和跟有其后由傳感器發(fā)出的存在脈沖。存在脈沖是讓總線控制器知道DS18b20在總線上且已準備好操作。一個復(fù)位脈沖跟著一個存在脈沖表明DS18b20已經(jīng)準備好發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。以下是初始化序列圖。 圖3.1.1 初始化序列圖3.2 溫度測量程序溫度測量程序主要是DS18b20與單片機之間的ROM操作命令和DS18b20的數(shù)據(jù)讀寫操作命令。當(dāng)單片機對DS18B20進行初始化，檢測到一個存在脈沖后，發(fā)出匹配ROM命令，然后發(fā)送ROM碼。 圖3.

12、2.1 DS18b20基本工作流程第四章 系統(tǒng)仿真調(diào)試4.1 系統(tǒng)仿真調(diào)試在keil開發(fā)環(huán)境下不能進行有效的仿真調(diào)試，所以在系統(tǒng)中采用protues單片機仿真工具進行仿真調(diào)試。下圖為protues仿真讀取溫度后在LCD1602液晶屏上的顯示結(jié)果。圖4.1.1 protues仿真圖上位機用串口調(diào)試軟件來仿真，安裝了虛擬串口驅(qū)動軟件和PROTEUS進行調(diào)試仿真。虛擬串口驅(qū)動軟件用了VSPD 軟件。VSPD軟件在Window操作系統(tǒng)上增加了一對在邏輯上交叉相互的虛擬串口，使串口調(diào)試助手能夠和PROTEUS中的單片機串口相連。VSPD軟件界面如下：VSPD軟件界面串口仿真結(jié)果如下：在串口調(diào)試助手上顯示

13、兩個溫度傳感器采集到的溫度溫度傳感器采集附錄溫度采集體統(tǒng)原理圖PCB圖源代碼1602函數(shù)部分：#define Port P1sbit RS = P20; /定義端口 sbit RW = P21;sbit E = P22;/* 微秒延時函數(shù) */void delay_us(unsigned int n) /延時 如果需要高精度延時 if (n = 0) return ; while (-n); /*/* 毫秒函數(shù)聲明 */*/ void delay_ms(unsigned char i) unsigned int b; while(i-) for (b = 1; b < 1000 ; b+

14、) ; /*/* 寫入命令函數(shù) */*/ void LCD_write_com(unsigned char com) RS = 0; RW = 0; E = 1; Port = com; delay_us(10); E = 0; /*/* 寫入數(shù)據(jù)函數(shù) */*/ void LCD_write_Data(unsigned char Data) RS = 1 ; RW = 0 ; E = 1 ; Port = Data; delay_us(10); E = 0; /*/* 寫入字符串函數(shù) */*/ void LCD_write_str(unsigned char x,unsigned char y

15、,unsigned char *s) if (y = 0) LCD_write_com(0x80 + x); else LCD_write_com(0xc0 + x); while (*s) LCD_write_Data( *s); s+; /*/* 初始化函數(shù) */*/ void LCD_init(void) delay_ms(40); LCD_write_com(0x38); /*顯示模式設(shè)置*/ delay_ms(5); LCD_write_com(0x38); delay_ms(5); LCD_write_com(0x38); delay_ms(5); LCD_write_com(0x

16、38); LCD_write_com(0x08); /*顯示關(guān)閉*/ LCD_write_com(0x01); /*顯示清屏*/ LCD_write_com(0x06); /*顯示光標(biāo)移動設(shè)置*/ delay_ms(5); LCD_write_com(0x0C); /*顯示開及光標(biāo)設(shè)置*/ /*函數(shù)名： Display_F函數(shù)說明：打印整數(shù)型數(shù)據(jù)，沒有地址傳入?yún)?shù)：用于Display_float使用傳出參數(shù)：無返回值： 無*/void Display_F(unsigned int num)unsigned char sever_num6,i = 0;if(num = 0)LCD_write_D

17、ata(0x30);else while(num != 0)sever_numi+ = num % 10 + 0x30 ;num /= 10 ; while(i-)LCD_write_Data(sever_numi);delay_us(500); /*函數(shù)名： Display_float函數(shù)說明：打印浮點型數(shù)據(jù)，傳入?yún)?shù)：打印地址x,y,數(shù)據(jù)num，小數(shù)點后面打印length位傳出參數(shù)：無返回值： 無*/void Display_float(unsigned char x,unsigned char y,float numf,unsigned char length)unsigned long

18、 Int_num;unsigned int temp = 1;unsigned char i = 0;for (i = 0 ; i < length ; i+)numf *= 10 ; temp *= 10 ; if (y = 0) LCD_write_com(0x80 + x); else LCD_write_com(0xc0 + x); Int_num = (long)numf; Display_F(Int_num / temp);LCD_write_Data('.');Display_F(Int_num % temp);DS18B20函數(shù)部分：bit flag =

19、0;sbit dat=P26;uchar xl28 = 0x28,0x30,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0x8e, 0x28,0x31,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0xb9 ; /兩路DS18B20 ROM碼void dsdelay(uchar z) /誤差 0us unsigned char a,b;for(z;z>0;z-) for(b=1;b>0;b-) for(a=2;a>0;a-);void delay(unsigned int z)/延時函數(shù) uchar x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=101;y

20、>0;y-);/DS18B20函數(shù)部分/void dsinit()/DS18B20初始化dat=1;dsdelay(4);dat=0; /給一個脈沖信號dsdelay(50);/低脈沖信號要保持480us960usdat=1;/拉高dsdelay(9);/略微延時delay(1);uchar read()/DS18B20 讀一個字節(jié)uchar i,k;for (i=8;i>0;i-)dat = 0; / 給脈沖信號k>>=1;/將讀到的一位數(shù)向后移一位dat = 1; / 給脈沖信號if(dat) k|=0x80;/如果 讀到的是1，則，k和0x80進行或運算，首位變成

21、1dsdelay(4);/每位讀取中間間隔大于1usreturn(k);void write(uchar date)/DS18B20 寫一個字節(jié)uchar i,k;k=date;for(i=0;i<8;i+)dat = 0;dat = k&0x01;dsdelay(7);dat = 1;k>>=1;dsdelay(1); float read_tempe(uchar num)/從DS18B20存儲器中讀書溫度int t;float tt;uchar a,b,i;dsinit();/每次對DS18B20輸入指令都要先進行初始化操作write(0x55);/寫序號列號fo

22、r (i = 0 ; i < 8 ; i+)write(xlnumi) ;write(0x44); / 啟動溫度轉(zhuǎn)換dsinit();write(0x55);/寫序號列號for (i = 0 ; i < 8 ; i+)write(xlnumi) ;write(0xBE); /讀取溫度寄存器等（共可讀9個寄存器） 前兩個就是溫度a=read();/讀出溫度的低八位b=read();/讀出溫度的高八位t=b;t<<=8;/t是int，16位，講高八位移到前面t=t|a;/將溫度的高位與低位合并if (b & 0x80 )= 0)/判斷正負溫度tt=t*0.0625;/將帶有小數(shù)點位的十六進制數(shù)化為十進制 flag = 0;elsett=(t + 1 )* 0.0625;flag = 1;return(tt); UART函數(shù)部分：void InitUART(void)/UART 初始化TMOD = 0X20; /11.0592M 9600SCON = 0X50;TH1 = 0xfd;TL1 = 0xfd;PCON = 0X00;EA = 1;ES = 1;TR1 = 1;void Send(unsigned char C)/UART 發(fā)送SBUF = C;