基于单片机的多路温度采集系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的多路温度采集系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

复位，上电以后，复位电路通过电容使 RST 持续一段时间的高电平，如果 RST 能够持续充足时间的高电平，系统就有足够 的时间复位，那么就实现了系统复位的可靠性。 基于单片机的多路温度采集系统设计 8 但是，电容的充电时间决定了 RST 端持续高电平的时间。 随着电容充电的完成，RST 端变成低电平。 如图 33所示。 对于手动按钮复位，它是通过手动操作按键来给 RST 一个高电平，这种复位方式可以满足设计的要求，原因是，手动按键的时候总是有一个过程，在这个时间段内，系统能够有足够的时间复位。 图 33 中：C7=10uf， R21= 图 33 复位电路 本设计中以 DS18B20 为传感器、 AT89S52 单片机为控制核心组成的多点温度测试系统。 用 4只 DS18B20 同时测控 4路温度（视实际需要还可扩展通道数）。 由于每片 DS18B20 含有唯一的硅串行数，所以在一条总线上可挂接多个 DS18B20芯片。 从 DS18B20 读出的信息或写入 DS18B20 的信息，仅需要一根口线（单线接口）。 读写及温 度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的 DS18B20供电，而无需额外电源。 DS18B20 提供 9 位温度读数，构成多点温度检测系统而无需任何外围硬件。 处理时，将 DS18B20 信号线与单片机一位口线相连，单片机可挂接多片 DS18B20，从而实现多点温度检测系统。 由于 DS18B20 只有三个引脚，其中两根是电源线 VDD 和 GND，另外一根用作总线 DQ(Data In/Out)，由于其输出和输入均是数字信号且与 TTL 电平兼容，因此其可以与微处理器直接进行接口，从而省去了一般传感器所必需的中间转换环节。 DS18B20 简介 DS18B20 是美国 Dallas 半导体公司推出的第一片支持 一线总线 接口的温度传感器。 它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，榆林学院本科毕业设计（论文） 9 可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理。 DS18B20 特点如下：硬件接口简单，性能稳定，单线接口，仅需一根口线与 MCU连接无需外围元件；由总线提供电源；测温范围为 55～ 75℃；精度为 ℃； 9 位温度读数； A/D变换时间为 200ms；用户自设定温度报警上下限，其值是非易失性的；报警搜索命令可识别那片DS18B20 超温度限。 （ 1） DS18B20 的引脚介绍 TO－ 92 封装的 DS18B20 的引脚排列见图 ，其引脚功能描述见表 31。 表 31 DS18B20详细引脚功能描述 1 2 3 D A LL A S D S 18B 20 1 2 3 D S 18B 20 T O 92 封状底视图 GND DQ VDD 图 33 DS18B20的管脚排列 （ 2） DS18B20 的产品特点 1） 只要求一个端口即可实现通信。 2） 在 DS18B20 中的每个器件上都有独一无二的序列号。 3） 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。 4） 测量温度范围在－ 55℃到＋ 125℃之间。 5） 数字温度计的分辨率用户可以从 9 位到 12位选择。 6） 内部有温度上、下限告警设置。 7）支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在一根三线上，实现多点测温 8） 负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热 而烧毁，但不能正常工作。 序号 名称 引脚功能描述 1 GND 地信号 2 DQ 数据输入 /输出引脚。 开漏单总线接口引脚。 当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。 3 VDD 可选择的 VDD引脚。 当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。 基于单片机的多路温度采集系统设计 10 DS18B20 的工作原理是： DS18B20 采用 3 脚 PR35 封装，其中 GND 为地； I/O为数据输入 /输出端（即单线总线），该脚为漏极开路输出，常态下呈高电平； VDD是外部 +5V 电源端，不用时应接地； DQ为空脚。 图 34 所示为 DS18B20 的内部框图，它主要包括 寄生电源、温度传感器、 64 位激光 ROM 单线接口、存放中间数据的高速暂存器（内含 RAM），用于存储用户设定的温度上下限值的 TH 和 TL 触发器存储与控制逻辑、 8 位循环冗余校验码（ CRC）发生器等七部分。 图 34 DS18B20内部结构图 DS18B20 的一线工作协议流程是：初始化→ ROM 操作指令→存储器操作指令→数据传输。 其工作时序包括复位时序、写时序和读时序，如图 34， 35， 36 所示。 由于 DS18B20 采用的是 1－ Wire 总线协议方式，即在 一根数据线实现数据的双向传输，而对 AT89S52 单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对 DS18B20 芯片的访问。 由于 DS18B20 是在一根 I/O 线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。 DS18B20 有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。 该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。 所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。 而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送 数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。 数据和命令的传输都是低位在先。 DS18B20 的复位时序 电源检测 存储器控制逻辑 温度传感器 高温度触发 低 温度触发 64 位ROM和单线借口 存储器 8 位 CRC 触发器 榆林学院本科毕业设计（论文） 11 V DD GND 主机发出复位脉冲 最小值： 480 μ s 最大值： 960 μ s D S 18B 20 发出应答脉冲 主机接受所需要最短时间 480 μ s 60 ～ 240 μ s 图 35 DS18B20的复位时序 DS18B20 的读时序 对于 DS18B20 的读时序分为读 0时序和读 1时序两个过程。 对于 DS18B20 的读时序是从主机把单总线拉低之后，在 15μ s 之内就得释放单总线，以让 DS18B20 把数据传输到单总线上。 DS18B20 在完成一个读时序过程，至少需要 60μ s 才能完成。 U GND 主 C P U 读 0 时 主 C P U 读 1 时 U 主 C P U 采样 15 μ s 30 μ s 1 μ s 1 μ s 主 C P U 采样 15 μ s GND 15 μ s 图 36 DS18B20的读时序 DS18B20 的写时序 对于 DS18B20 的写时序仍然分为写 0时序和写 1时序两个过程。 U U 1 μ s 60 ～ 120 μ s 主 C P U 写 0 时 D S 18 B 20 采样区 1 μ s 15 μ s 30 μ s D S 18 B 20 采样区 GND 1 15 μ s 1 μ s 30 μ s GND 1 15 μ s 15 μ s 60 ～ 120 μ s 主 C P U 写 1 时 图 37 DS18B20的写时序 基于单片机的多路温度采集系统设计 12 对于 DS18B20 写 0时序和写 1 时序的要求不同，当要写 0时序时，单总线要被拉低至少 60μ s，保证 DS18B20 能够在 15μ s到 45μ s之间能够正确地采样 I/O总线上的“ 0”电平，当要写 1 时序时，单总线被拉低之后，在 15μ s之内就得释放单总线。 图 38 DS18B20 测温原理框图 DS18B20 的温度测量原理如下： DS18B20 测量温度时使用特有的温度测量技术，其测量电路框图如图 38 所示。 内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲计数，低温时振荡器的脉冲可以通过门电路，而当到达某一设置高温时，振荡器的脉冲无法通过门电路。 计数器设置为 55℃ 时的值，如果计数器到达 0之前，门电路未关闭，则温度寄存器的值将增加，这表示当前温度高于 55℃。 同时，计数器复位在当前温度值上，电路对振荡器的温度系数进行补偿，计数器重新开始计数直到回零。 如果 门电路仍然未关闭，则重复以过程。 温度表示值为 9bit，高位为符号位。 另外，由于 DS18B20 单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。 系统对 DS18B20 的各种操作必须按协议进行。 操作协议为：初始化 DS18B20（发复位脉冲） → 发 ROM 功能命令 → 发存储器操作命令 → 处理数据。 DS18B20 与单片机的接口设计 温度采集是工业生产经常遇到的问题。 本设计中以 DS18B20 为传感器 AT89S52LSB 设置清除 斜率累加器 比较 预置 低温度系数振荡器 高温度系数振荡器 计数器 计数器 =0 =0 温度寄存器 预置 停止 加 1 榆林学院本科毕业设计（论文） 13 单片机为控制核心组成的多点温度测试系统。 用 4 只 DS18B20 同时测控 4 路温度（视实 际需要还可扩展通道数）。 本系统采用 四位 共阳极 数码管 动态显示温度，系统设有上下限报警电路。 该控制系统的功能如下： （ 1）温度控制得设定范围为 0～ 100℃，最小分辨率为 ℃。 （ 2）实时显示当前温度，可以单通道也可以循环显示。 （ 3）命令按键 5个：通道 0～通道 3按键，巡检键。 显示器与键盘电路的设计 基于 DS18B20 的多点温度采集，共模拟了 4点温度，具有各点温度采集功能，通过按键设置也可以监控某一通道的温度 ,还设置报警温度，具有越限报警功能。 SW1～ SW4 通道 0～通道 3 报警， XUNJIAN 为巡检键 ,关闭进入巡检模式。 在本系统中，由于该温度计还要进行信息的实时显示，所以设计了 LED 显示电路。 LED 显示器采用 8段发光二极管。 共阳极 LED 显示器的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压。 该电路由晶体管（ NPN）、显示器（共阳极LED）和电阻构成。 显示电路设计 本设计使用了四块共阳极结构的 LED，对数码管的驱动有两种选择，一种是显示驱动器 MAX7221，一种选择是三极管驱动。 MAX7221 的特点是显示多样、需要单片机输入输出口少（只需要 3根）、编程灵敏、简单且实用等，但是它是共阴极的驱动器。 因此，选择直接由三极管驱动。 LED 数码管显示器有静态显示和动态显示两种方式。 静态显示就是当显示器显示某个字符时侯，和它相应的段（即就是发光二极管）恒定的导通或者截止，直到显示要另一个字符为止。 比起动态显示器，静态显示器的亮度较高，编程也很容易，管理也较简单，但就是占用输入输出线资源较多，而且没有位选信号，线路复杂，成本也高。 动态显示就是单片机定时的对 LED 进行扫描，然后使其逐个的显示出结果。 当数码管显示的时候，由于人眼的视觉暂留效果，仍然感觉到所有的数码 管都同时在显示，此方法用到的是硬件扫描，成本低，但是占用的 CPU 资源多，亮度也不如静态显示。 根据以上所述，本设计选用的显示方示为动态显示。 如图 39为显示电路。 基于单片机的多路温度采集系统设计 14 图 39 显示电路 键盘电路设计 基于 DS18B20 的多点温度采集，共模拟了 4点温度，具有各点温度采集功能，通过按键设置也可以监控某一通道的温度 ,还设置报警温度，具有越限报警功能。 键盘电路如图 310所示。 榆林学院本科毕业设计（论文） 15 图 310 键盘电路 报警电路设计 在单片机采集温度发生低于或超出所设定的温度时，单片机系统能相应发出提醒。 本次设计采用蜂鸣器。 蜂鸣器可用 AT89S52 的 I/O 口线 通过设置 PNP 的饱和截止 驱动蜂鸣器发声 ,当 I/O 口线发出具有一定的低电平信号 ,即可使蜂鸣器报警。 报警电路如图 311所示。 图 311 报警电路 基于单片机的多路温度采集系统设计。