四路温度采集系统的设计【内容摘要】本文主要研究的是基于AT89S51单片机作为系统的温度显示以及设定双路温度报警系统的设计。

此系统硬件电路主要包括5部分：AT89S51单片机最小系统电路部分和复位电路部分，LCD1602液晶显示电路部分，4个DS18B20作为温度检测部分，以及电源电路部分。

本系统采用C语言进行编写程序，为了便于阅读和修改，软件采用模块化结构设计，使程序间的逻辑层次更加简明。

【关键词】四路温度采集系统系统；DS18B20；LCD1602液晶显示；AT89S51单片机1 引言四路温度采集系统系统不仅是工业上的宠儿，也是是单片机实验中一个很常用的题目。

因为它的有很好的开放性和可发挥性，因此对作者的要求比较高，不仅考察了对单片机的掌握能力更加强调了对单片机扩展的应用。

而且在操作的设计上要力求简洁，功能上尽量齐全，显示界面也要出色。

所以，双路温度报警系统无论作为比赛题目还是练习题目都是很有价值。

本文介绍一种基于 AT89C2051 单片机的一种温度测量,该电路DS18B20 作为温度监测元件,测量范围-55℃-～+125℃,使用LCD1602液晶显示模块显示,能通过键盘设置温度报警上下限.正文着重给出了软硬件系统的各部分电路,介绍了集成温度传感器 DS18B20 的原理,AT89C2051 单片机功能和应用.该电路设计新颖,功能强大,结构简单。

2双路温度报警系统系统简介及其作用综述首先，由DS18B20温度传感器芯片测量当前温度，并将结果送入单片机。

然后，通过AT89C51单片机芯片对送入的测量温度读数进行计算和转换，并将此结果送入液晶显示模块。

最后，LCD 1602模块将送来的四路温度值值显示于显示屏上。

本系统测温范围为-55℃-～+125℃，精度达0.1 ℃。

3 系统硬件设计系统硬件主要包括：本系统硬件电路比较简单。

只要由AT89S51单片机电路，LCD12864液晶显示电路，DS18B20温度芯片，复位电路以及按键输入电路组成。

系统总统设计图3-1所示。

图3-1 系统总体设计图3.1 AT89S51单片机电路图3-2 单片机最小系统模块图3.1.1AT89S51单片机要实现工作的最小系统AT89S51单片机电路是该电路的核心部分，所有的数据运算，处理，执行都是通过它来实现，电路图如图3-2所示。

单片机要实现工作的最小系统为：时钟电路，复位电路，电源。

时钟电路位单片机提供周期性脉冲，是单片机的心脏，本设计采用的是12M的晶振。

复位电路是当电路发生复位的时候，不管程序运行到什么地方，都会跳到程序的人口地址，开始重新运行，复位方式为高电平复位。

电源电路位系统提供稳定的5V电压。

3.2 LCD1602液晶显示电路图3-3 LCD1602液晶显示模块图●单5V电源电压，低功耗、长寿命、高可靠性●内置192种字符（160个5×7点阵字符和32个5×10点阵字符）●具有64个字节的自定义字符RAM，可定义8个5×8点阵字符或四个5×11点阵字符●显示方式：STN、半透、正显●驱动方式：1/16DUTY，1/5BIAS●视角方向：6点●背光方式：底部LED●通讯方式：4位或8位并口可选●标准的接口特性，适配MC51和M6800系列MPU的操作时序1602LCD模块接口定义表4-1 1602LCD接口定义表管脚定义符号功能1 Vss 电源地（GND）2 Vdd 电源电压（＋5V）3 V0 LCD驱动电压（可调）4 RS 寄存器选择输入端，输入MPU选择模块内部寄存器类型号；RS=0，当MPU行进写模块操作，指向指令寄存器；当MPU进行读模块操作，指向地址计数器；RS=1，无论MPU读操作还是写操作，均指向数据寄存器5 R/W 读写控制输入端，输入MPU选择读/写模块操作操作信号：R/W＝0 读操作；R/W＝1 写操作6 E 使能信号输入端，输入MPU读/写模块操作使能信号：读操作时，高电平有效；写操作时，下降沿有效7 DB0 数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道8 DB1 数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道9 DB2 数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道10 DB3 数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道11 DB4 数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道12 DB5 数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道13 DB6 数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道14 DB7 数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道15 A 背光的正端＋5V16 K 背光的负端0V初始化方式：发命令0x30-延时-发命令0x30-延时-发命令0x30-延时-发命令0x0c-延时发命令0x06-延时发命令0x02-延时发命令0x31-延时。

3.2 温度芯片DS18B20DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20简介新的“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。

一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。

DS18B20、DS1822 “一线总线”数字化温度传感器同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55°C~+125°C，在-10~+85°C范围内,精度为±0.5°C。

DS1822的精度较差为± 2°C 。

现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。

适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。

与前一代产品不同，新的产品支持3V~5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。

而且新一代产品更便宜，体积更小。

DS18B20、 DS1822 的特性 DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率，精度为±0.5°C。

可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。

分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。

DS18B20的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色！ DS1822与 DS18B20软件兼容，是DS18B20的简化版本。

省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的EEPROM，精度降低为±2°C，适用于对性能要求不高，成本控制严格的应用，是经济型产品。

继“一线总线”的早期产品后，DS1820开辟了温度传感器技术的新概念。

DS18B20和DS1822使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。

DS18B20的内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

DS18B20的管脚排列如下:DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。

光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。

64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。

光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例:用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。

这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。

例如+125℃的数字输出为07D0H，+25.0625℃的数字输出为0191H，-25.0625℃的数字输出为FF6FH，-55℃的数字输出为FC90H。

DS18B20温度传感器的存储器DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。

暂存存储器包含了8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。

第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。

第六、七、八个字节用于内部计算。

第九个字节是冗余检验字节。

该字节各位的意义如下：TM R1 R0 1 1 1 1 1低五位一直都是1 ，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。

在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。

R1和R0用来设置分辨率，如下表所示：（DS18B20出厂时被设置为12位）分辨率设置表:R1R0分辨率温度最大转换时间009位93.75ms 0110位187.5ms1110375ms位12750ms11位根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。

复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右，后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。

DS1820使用中注意事项DS1820虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：(1)较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。

在使用PL/M、C 等高级语言进行系统程序设计时，对DS1820操作部分最好采用汇编语言实现。

(2)在DS1820的有关资料中均未提及单总线上所挂DS1820数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS1820，在实际应用中并非如此。

当单总线上所挂DS1820超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。

(3)连接DS1820的总线电缆是有长度限制的。

试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过50m时，读取的测温数据将发生错误。