八路溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)(LED顯示)課件

1、西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)八路溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)（LED顯示）摘要八路溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用LED顯示，選用8只DS18B20溫度傳感器總線的方式。溫度采集器以89C51單片機(jī)為控制核心，由控制、顯示、采集等模塊組成。詳細(xì)分析了該采集器各模塊的功能和接口電路原理、給出了軟件系統(tǒng)的框架和各個(gè)函數(shù)的結(jié)構(gòu)。附件：源程序代碼、proteus的仿真圖。關(guān)鍵詞：溫度采集；單片機(jī)應(yīng)用；Proteus仿真；LED顯示；89C51目 錄摘 要11.1 緒論31.2課題研究?jī)?nèi)容32 總體方案設(shè)計(jì)32.1 總體方案框圖42.2 各模塊的功能42.3 整體電路圖54 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)84.1編程語(yǔ)言及開發(fā)工具84.2 軟件系統(tǒng)的流

2、程結(jié)構(gòu)84.3 程序模塊設(shè)計(jì)95 仿真及實(shí)驗(yàn)調(diào)試185.1 仿真原件185.2 仿真19參 考 文 獻(xiàn)19致 謝20 附件121 附件221 附件32111 緒論隨著科技的不斷進(jìn)步，在工業(yè)生產(chǎn)中溫度是常用的被控參數(shù)，而采用單片機(jī)來對(duì)這些被控參數(shù)進(jìn)行控制已成為當(dāng)今的主流。本文介紹了數(shù)字溫度測(cè)量及自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。闡述了以89C5單片機(jī)為核心的溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法。主要組成部分：89C51單片機(jī)、溫度傳感器、顯示電路。仿真表明，本設(shè)計(jì)對(duì)溫度的顯示方便、簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，元器件利用率高。溫度信號(hào)由溫度芯片DS18B20采集，并以數(shù)字信號(hào)的方式傳送給單片機(jī)。文中介紹了該控制系統(tǒng)的硬件部分，包括

3、：溫度檢測(cè)與溫度顯示。單片機(jī)通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理，從而實(shí)現(xiàn)溫度在LED上顯示的目的。1.2課題研究?jī)?nèi)容 1主要內(nèi)容 能采集8路溫度，并每一秒鐘顯示一個(gè)通道的溫度。2具體要求 用MCS-51系列單片機(jī)作為控制器； 溫度可采用DS18B20，誤差1； 用LED顯示； 用1個(gè)鍵可以暫停一個(gè)通道的顯示；用Proteus完成所有功能的仿真； 設(shè)計(jì)或選用5V直流穩(wěn)壓電源模塊。2 總體方案設(shè)計(jì)本課題將設(shè)計(jì)一個(gè)8路溫度采集&顯示器，但它上面裝有LED液晶屏幕顯示，可以根據(jù)時(shí)間顯示不同通道的環(huán)境溫度，切換時(shí)間位1s，也可以根據(jù)需求通過功能按鍵將一個(gè)通道的顯示暫停。首先采用89C51單片機(jī)為控制核心，選用DS1

4、8B20溫度傳感器作為8路采集模塊的采集器，由于每一片DS18B20芯片有自身的系列好，可以利用DS18B20單總線技術(shù)將8個(gè)傳感器用一根總線連接一起。（單總線不同于I2C、SPI、SCI總線技術(shù)，單總線減低了IO口的開支，硬件開銷少，成本低廉，便于總線的擴(kuò)展和維護(hù)等有點(diǎn)。）由于采用單總線方式，對(duì)不同DS18B20的溫度傳感器有不同的序列號(hào)，因此特別設(shè)置了一個(gè)附加電路測(cè)DS18B20的序列號(hào)。根據(jù)設(shè)計(jì)方案的分析：由于DS18B20溫度傳感器在啟動(dòng)的時(shí)候需要內(nèi)部初始化，大概需要1S的時(shí)間，之后才會(huì)正確的顯示各個(gè)通道的溫度。2.1 總體方案框圖八路溫度采集器系統(tǒng)的硬件框圖如圖所示。51單片機(jī)8路溫

5、度傳感器Led顯示按鍵輸入2.2 各模塊的功能溫度采集器：電源模塊、溫度采集模塊、鍵盤模塊、信號(hào)選擇模塊、顯示模塊5個(gè)模塊組成。電源模塊：選擇市場(chǎng)上常用的5v充電電源；溫度采集模塊：由單總線連8路DS18B20而成，8路DS18B20采用非寄生電源，由外部5v供電。鍵盤控制模塊：由一個(gè)獨(dú)立按鈕形成獨(dú)立的按鍵，實(shí)現(xiàn)“暫停”功能。液晶顯示模塊：由4位LED、1位LED、限流電阻、三極管構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度值的顯示。2.3 主要器件功能介紹89C51簡(jiǎn)介：89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only

6、Memory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。主要特性：與MCS-51 兼容4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個(gè)16位定

7、時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路DS18B20概述：DS1820 數(shù)字溫度計(jì)提供 9 位溫度讀數(shù),指示器件的溫度。信息經(jīng)過單線接口送入 DS1820 或從 DS1820 送出，因此從中央處理器到 DS1820 僅需連接一條，讀寫和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供 而不需要外部電源；因?yàn)槊恳粋€(gè) DS1820 有唯一的系列號(hào)，因此多個(gè) DS1820 可以存在于同一條單線總線上。這允許在許多不同的地方放置溫度靈敏器件。此特性的應(yīng)用范圍包括 HVAC、環(huán)境控制、建筑物、設(shè)備或機(jī)械內(nèi)的溫度檢測(cè) 以及過程監(jiān)視和控制中的溫度檢測(cè)。DS18B20的主要特

8、性1.1、適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電1.2、獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊1.3、 DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫1.4、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)1.5、溫范圍55+125，在-10+85時(shí)精度為0.51.6、可編程 的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫1.7、在9位分辨

9、率時(shí)最多在 93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快1.8、測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以一 線總線串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力1.9、負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作內(nèi)部ROM：光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位 （28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用 是使每一個(gè)D

10、S18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。ROM指令表 指 令 約定代碼功 能讀ROM33H讀DS1820溫度傳感器ROM中的編碼（即64位地址） 符合 ROM55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問單總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的 DS1820 使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該 DS1820 的讀寫作準(zhǔn)備。 搜索 ROM0FOH用于確定掛接在同一總線上 DS1820 的個(gè)數(shù)和識(shí)別 64 位 ROM 地址。為操作各器件作好準(zhǔn)備。 跳過 ROM0CCH忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820 發(fā)溫度變換命令。適用于單片工作。 告警搜索命令 0E

11、CH執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)。 溫度變換44H啟動(dòng)DS1820進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換時(shí)最長(zhǎng)為750ms（9位為93.75ms）。結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中。 讀暫存器 0BEH 讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容 寫暫存器 4EH 發(fā)出向內(nèi)部RAM的3、4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。 復(fù)制暫存器 48H 將RAM中第3 、4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到EEPROM中。 重調(diào) EEPROM0B8H 將EEPROM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第3 、4字節(jié)。 讀供電方式 0B4H 讀DS1820的供電模式。寄生供電時(shí)DS1820發(fā)送“ 0 ”，外接電源供電 D

12、S1820發(fā)送“ 1 ”。 3.1 八路溫度采集器電路圖4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1編程語(yǔ)言及開發(fā)工具本系統(tǒng)的處理器是兼容8051指令集的高速單片機(jī)STC89C51。為此，首選Keil Vision 作為其開發(fā)工具。Keil Vision 是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)。其功能強(qiáng)大，生成的代碼緊湊，是目前世界上使用最廣泛的51系列兼容單片機(jī)開發(fā)工具。4.2 軟件系統(tǒng)的流程結(jié)構(gòu)溫度采集器的軟件主要包括溫度的采集、數(shù)據(jù)的處理、LED顯示、鍵盤管理等模塊組成。其流程結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：系統(tǒng)經(jīng)過初始化之后，過段時(shí)間采集溫度傳感器的值，避免溫度傳感器輸出特性誤報(bào)

13、85讀。顯示一只溫度傳感器的溫度持續(xù)1秒左右，檢測(cè)時(shí)候按鍵按下，按下則持續(xù)顯示這位溫度傳感器的溫度。若沒有按下則判斷是否已經(jīng)顯示到最后只傳感器，若是，則刷新溫度值；若否則顯示下一只溫度傳感器溫度。初始化刷新溫度顯示當(dāng)前傳感器溫度是最后只按鍵按下按鍵檢測(cè)最后只傳感器判斷不是最后只4.3 程序設(shè)計(jì)/*miann.c*/#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/外部函數(shù)引用申明extern void tmstart();/初始化ds18b20extern void read_dealtemp();/讀取并處理溫度exte

14、rn void showled();sbit button=P30;uint wei;void delaym(unsigned int i) char j; for(i; i 0; i-) for(j = 200; j 0; j-);void main() uint n,m;tmstart();/由于DS18B20的啟動(dòng)特性，所以加端程序屏蔽掉顯示85度 read_dealtemp();delaym(20000); while(1) tmstart();/初始化 read_dealtemp();/讀取溫度f(wàn)or(n=0;n8;n+) /溫度傳感器循環(huán)button=1;for(m=0;m100;

15、m+) /傳感器顯示掃描次數(shù)，決定顯示不同溫度傳感器數(shù)值的時(shí)間 wei=n; showled(); while(button=0)showled(); /*18b20.c*/#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuint temp8=1;sbit ds=P37;uchar lcdrom88=0x28,0x30,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0x8e, 0x28,0x31,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0xb9, 0x28,0x32,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0

16、x00,0xe0, 0x28,0x33,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0xd7,0x28,0x34,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0x52,0x28,0x35,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0x65,0x28,0x36,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0x3c,0x28,0x37,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0x0b,;uint tvalue;/*lcd程序*/void delayms(uint ms)/延時(shí)uint i,j;for(i=ms;i0;i-)for(j=110;j0;j-);/*d

17、s18b20程序*/void dsrst()/ds18b20復(fù)位uint i;ds=0;i=103;while(i0)i-;ds=1;i=4;while(i0)i-;bit dsrd0()/讀一位數(shù)據(jù)uint i;bit dat;ds=0;i+;ds=1;i+;i+;dat=ds;i=8;while(i0)i-;return(dat);uchar dsrd()/讀1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)uchar i,j,dat;dat=0;for(i=8;i0;i-)j=dsrd0();dat=(j1);return(dat);void dswr(uchar dat)/寫數(shù)據(jù)uint i;uchar j;bit tes

18、tb;for(j=8;j0;j-)testb=dat&0x01;dat=dat1;if(testb)ds=0;i+;i+;ds=1;i=8;while(i0)i-;elseds=0;i=8;while(i0)i-;ds=1;i+;i+;void tmstart()/初始化ds18b20dsrst();delayms(1);dswr(0xcc);dswr(0x44);void read_dealtemp()/讀取并處理溫度uchar i,j;uchar a,b;for(j=0;j8;j+)dsrst();delayms(1);dswr(0x55);for(i=0;i8;i+)dswr(lcdro

19、mji);/發(fā)送64位序列號(hào)dswr(0xbe);a=dsrd();b=dsrd();tvalue=b;tvalue=8;tvalue=tvalue|a;tempj=tvalue;delayms(50);/*show.c*/#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intextern uint wei;extern uint temp8;void showled();void shub(uint temp);extern delaym(unsigned int i);sbit LSA=P20; /管腳定義sbit LSB=

20、P21;sbit LSC=P22; sbit LSD=P23;sbit LSE=P24; unsigned char code Disp_Tab = 0x40,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xbf; /段碼unsigned int LedOut5;/*以下將讀18b20的數(shù)據(jù)送到LED數(shù)碼管顯示*/void showled() int i; LedOut0=Disp_Tabwei+1; shub(tempwei); for(i=0; i5; i+) switch(i) case 0:LSA=1;LSB=0;LSC=0;LSD=0;L

21、SE=0; break; case 1:LSA=0;LSB=1;LSC=0;LSD=0;LSE=0; break; case 2:LSA=0;LSB=0;LSC=1;LSD=0;LSE=0; break; case 3:LSA=0;LSB=0;LSC=0;LSD=1;LSE=0; break;case 4:LSA=0;LSB=0;LSC=0;LSD=0;LSE=1; break; P0 = LedOuti ; delaym(100); P0 =0xff; void shub(uint temp)/溫度數(shù)據(jù)處理 uint fl,i; if(temp&0x8000) temp=temp;temp+

22、=1;fl=0;else fl=1;i=temp*0.0625; /溫度在寄存器中是12位，分辨率是0.0625 temp=i*10+0.5; /乘10表示小數(shù)點(diǎn)后只取1位，加0.5是四折五入temp=temp/10; LedOut1=Disp_Tabtemp%10000/1000; LedOut2=Disp_Tabtemp%1000/100; LedOut3=Disp_Tabtemp%100/10; /十位 LedOut4=Disp_Tabtemp%10; /個(gè)位 if(fl=0) if(temp/10)=0) LedOut3=Disp_Tab10;else if(temp/100=0)Le

23、dOut2=Disp_Tab10;else if(temp/1000=0)LedOut1=Disp_Tab10; 5 仿真及實(shí)驗(yàn)調(diào)試5.1 仿真原件：AT89C51（單片機(jī)）7SEG-MPX1-CA(共陽(yáng)級(jí)一位數(shù)碼管)7SEG-MPX4-CA(共陽(yáng)級(jí)四位數(shù)碼管)電阻電容晶振按鍵DS18B20（溫度傳感器）5.2 仿真參 考 文 獻(xiàn)1 黃惟公,鄧成中,王燕.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)M,西安-西安電子科技大學(xué)出版社, 2007.082 張毅剛MC-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)（二版）：哈工大出版社 20053 楊文龍單片微機(jī)原理及應(yīng)用西安電子科技出版社4 王桂敏，齊風(fēng)河. 基于1-Wire總線技術(shù)的巡檢系統(tǒng)M,

24、大慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2007.45 周航慈單片機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)北京：北京航天航空大學(xué)出版社6 胡漢才.單片機(jī)原理及其借口技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社7 DS18b20說明書8常敏等 單片機(jī)應(yīng)用程序開發(fā)與實(shí)踐 電子工業(yè)出版社 2009；9周潤(rùn)景等 基于PROTEUS的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 北航出版社 2006.5致 謝首先我要感謝我的指導(dǎo)老師鄧成中老師，他為我們?yōu)槲覀兇舜卧O(shè)計(jì)指明方向，形成了良好的學(xué)習(xí)氛圍，指導(dǎo)我正確的學(xué)習(xí)方法，在此謹(jǐn)鄧?yán)蠋煴磉_(dá)深深的謝意！在設(shè)計(jì)的進(jìn)行過程中，還得到了機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院其張老師、余老師等幾位老師的熱心指導(dǎo)和幫助，幫我排除了很多困難，在此表示衷心的感謝！還要非常感

25、謝我的同學(xué)，我們同宿舍的同班的許多好朋友，他們給了我很多幫助！讀序列程序#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*/sbit DS = P33; /溫度傳感器信號(hào)線sbit rs = P14; /LCD數(shù)據(jù)/命令選擇端(H/L)位聲明sbit rw = P13; /LCD讀寫控制，寫為0，讀為1sbit lcden = P12; /LCD使能信號(hào)端位聲明/*/void delay(uint z); /延時(shí)函數(shù)void DS18B20_Reset(void); /DS18B20復(fù)位，初始化函數(shù)bit DS18B2

26、0_Readbit(void); /讀1位數(shù)據(jù)函數(shù)uchar DS18B20_ReadByte(void); /讀1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)void DS18B20_WriteByte(uchar dat); /向DS18B20寫一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)void LCD_WriteCom(uchar com); /1602液晶命令寫入函數(shù)void LCD_WriteData(uchar dat); /1602液晶數(shù)據(jù)寫入函數(shù)void LCD_Init(); /LCD初始化函數(shù)void Display18B20Rom(char Rom); /顯示18B20序列號(hào)函數(shù)/*/* 主函數(shù) */*/void main()

27、 uchar a,b,c,d,e,f,g,h; LCD_Init();rw = 0; DS18B20_Reset(); delay(1); DS18B20_WriteByte(0x33); delay(1); a = DS18B20_ReadByte(); b = DS18B20_ReadByte(); c = DS18B20_ReadByte(); d = DS18B20_ReadByte(); e = DS18B20_ReadByte(); f = DS18B20_ReadByte(); g = DS18B20_ReadByte(); h = DS18B20_ReadByte(); LCD

28、_WriteCom(0x80+0x40); Display18B20Rom(h); Display18B20Rom(g); Display18B20Rom(f); Display18B20Rom(e); Display18B20Rom(d); Display18B20Rom(c); Display18B20Rom(b); Display18B20Rom(a); while(1);/*/* 延時(shí)函數(shù):void delay() */* 功能：延時(shí)函數(shù) */*/void delay(uint z)/延時(shí)函數(shù) uint x,y; for( x = z; x 0; x- ) for( y = 110;

29、y 0; y- );/*/* DS18B20函數(shù):void DS18B20_Reset() */* 功能：復(fù)位18B20 */*/void DS18B20_Reset(void)/DS18B20復(fù)位，初始化函數(shù) uint i; DS = 0; i = 103; while( i 0 ) i-; DS = 1; i = 4; while( i 0 ) i-;/*/* DS18B20函數(shù):void DS18B20_Readbit() */* 功能：讀1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù) */*/bit DS18B20_Readbit(void) /讀1位數(shù)據(jù)函數(shù) uint i; bit dat; DS = 0; i+

30、; /i+起延時(shí)作用 DS = 1; i+; i+; dat = DS; i = 8; while( i 0 )i-; return( dat );/*/* DS18B20函數(shù):void DS18B20_ReadByte() */* 功能：讀1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù) */*/uchar DS18B20_ReadByte(void) /讀1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù) uchar i,j,dat; dat = 0; for( i = 1; i = 8; i+ ) j = DS18B20_Readbit(); dat = ( j 1 ); return(dat);/*/* DS18B20函數(shù):void DS18B20_WriteByte() */* 功能：向DS18B20寫一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù) */*/void DS18B20_WriteByte(uchar dat) /向DS18B20寫一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù) uint i; uchar j; bit testb; for( j=1; j1; if(testb) /寫1 DS