基于89c51單片機的測溫系統(tǒng)-溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 公司已經(jīng)停止生產(chǎn) 89CXX 系列的單片機，現(xiàn)在市面上的AT89CXX 多是停產(chǎn)前的庫存產(chǎn)品。 LCD 顯示器 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，如表 所示： 序號 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開 /關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)生存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址 8 置數(shù)據(jù)存貯器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址 9 讀忙標志或地址 0 1 BF 計數(shù)器地址 10 寫數(shù)到 CGRAM 或DDRAM） 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 從 CGRAM 或 DDRAM 讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 9 頁 共 51 頁 控制命令表 1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1 為高電平、 0為低電平） 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標復(fù)位到地址 00H 位置。 指令 2：光標復(fù)位，光標返回到地址 00H。 指令 3：光標和顯示模式設(shè)置 I/D： 光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。 指令 4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標的開與關(guān)，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令 5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。 指令 6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時為 4 位總線，低電平時為 8 位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示 5x7 的 點陣字符，高電平時顯示5x10 的點陣字符。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置。 指令 8： DDRAM 地址設(shè)置。 指令 9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 指令 10：寫數(shù)據(jù)。 指令 11：讀數(shù)據(jù)。 （二） LCD 管腳圖 如 圖 所示 ： D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3 圖 LCD 管腳圖 第 1 腳： VSS 為地電源。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 10 頁 共 51 頁 第 3 腳： VL 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： R/W 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 RS和 R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E 端為使能端，當 E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15 腳：背光源正極。 第 16 腳：背光源負極。 DS18B20 DS18B20 溫度傳感器是美國 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 的性能特點如下： ?獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信； ?多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能； ?無須外部器件； ?可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ~； ?零待機功耗； ?溫度以９或１２位數(shù)字； ?用戶可定義報警設(shè)置； ?報警搜索命令識別并標志超過 程序限定溫度（溫度報警條件）的器件； ?負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20 采用３腳 PR－ 35 封裝或８腳 SOIC 封裝 。 DS18B20 的外形如圖 所示： 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 11 頁 共 51 頁 圖 DS18B20 的外形 64位 ROM 的結(jié)構(gòu)開始８位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48 位，最后８位是前面 56 位的 CRC 檢驗碼，這也是多個 DS18B20 可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器ＴＨ和ＴＬ，可 通過軟件寫入戶報警上下限。 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存ＲＡＭ和一個非易失性的可電擦除的 EERAM。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為８字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖 3所示。頭２個字節(jié)包含測得的溫度信息，第３和第４字節(jié)ＴＨ和ＴＬ的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第５個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20 工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖3 所示。低５位一直為１，ＴＭ是工作模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式， DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為０，用戶要去改動， R1 和Ｒ 0 定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。 DS18B20 字節(jié)定義 如表 所示 表 字節(jié)定義 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 12 頁 共 51 頁 由表 ， DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。 高速暫存ＲＡＭ的第６、７、８字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯１。第９字節(jié)讀出前面所有８字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)， 從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。 當 DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第１、２字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃／ LSB 形式表示。 當符號位Ｓ＝０時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當符號位Ｓ＝１時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。表 是一部分溫度值對應(yīng)的二進制溫度數(shù)據(jù)。 表 溫度 轉(zhuǎn)換時間表。 表 溫度轉(zhuǎn)換時間表 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與 RAM 中的 TH、 TＬ字節(jié)內(nèi)容作比較。若Ｔ＞ TH 或 T＜ TL，則將該器件內(nèi)的報警標志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只 DS18B20 同時測量溫度并進行報警搜索。 在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（ CRC）。主機 ROM 的前 56 位R0R1000101119101112分辨率/ 位 溫度最大轉(zhuǎn)向時間/ m s9 3 . 7 51 8 7 . 53 7 57 5 0.... 溫度 LSB 溫度 MSB TH 用戶字節(jié) 1 TL 用戶字節(jié) 2 配置寄存器 保留 保留 保留 CRC TM R1 1R0 1 1 1 1 .... 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 13 頁 共 51 頁 來計算 CRC 值，并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比較，以判斷主機收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。 DS18B20 的測溫原理 。 器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器１；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器２的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當計數(shù)門打開時， DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將－ 55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器１、溫度寄存器中，計數(shù)器１和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。 另外 ，由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初使化 DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā) ROM 功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。 硬件實現(xiàn) DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時 DS18B20的 1腳接地， 2腳作為信號線， 3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖 4 所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個 MOSFET管來完成對總線的上拉 。 (1)主控制器 單片機 AT89C51具有低電壓供電和小體積等特點，兩個端口剛好滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，很合適攜手特式產(chǎn)品的使用。主機控制 DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：初始化、 ROM操作指令、存儲器操作指令。必須先啟動 DS18B20開始轉(zhuǎn)換，再讀出溫度轉(zhuǎn)換值。 (2)顯示電路 顯示電路采用 SMCI602液晶顯示模塊芯片該芯片可顯示 162 個字符，比以前的七段數(shù)碼管 LED顯示器在顯示字符的數(shù)量上要多得多。另外，由于 SMCl602芯片編程比較簡單，界面直觀，因此更加易于使用者操作和觀測。 SMCl602芯片的接口信號說明如表 1所列。 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 14 頁 共 51 頁 表 1 SMCl602芯片的接口信號說明 (3)溫度檢測電路 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 15 頁 共 51 頁 DS18B20 最大的特點是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式， DS18B20 的數(shù)據(jù) I/O 均由同一條線來完成。 DS18B20 的電源供電方式有 2 種 : 外部供電方式和寄生電源方式。工作于寄生電源方式時 , VDD 和 GND 均接地 , 他在需要遠程溫度探測和空間受限的場合特別有用 , 原理是當 1 W ire 總線的信號線 DQ 為高電平時 , 竊取信號能量給DS18B20 供電 , 同時一部分能量給內(nèi)部電容充電 , 當 DQ為低 電平時釋放能量為DS18B20 供電。但寄生電源方式需要強上拉電路 , 軟件控制變得復(fù)雜 (特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到 E2PROM 時 ) , 同時芯片的性能也有所降低。因此 , 在條件允許的場合 , 盡量采用外供電方式。 無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電， I/O口線要接5KΩ左 右的上拉電。在這里采用前者方式供電。 DS18B20與芯片連接電路如圖 所示： 圖 DS18B20與單片機的連接 當 DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D 轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為 10us。采用寄生電源供電方式時 VDD 端接地。 （ 1）． 把 “ 單片機系統(tǒng) ” 區(qū)域中的 － 用 8 芯排線連接到 “ 動態(tài)數(shù)碼顯示 ” 區(qū)域中的 D0D1D2D3D4D5D6D7 端子上。 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 16 頁 共 51 頁 （ 2）． 把 DS18B20 芯片插入 “ 四路單總線 ” 區(qū)域中的任一個插座中，注意電源與