温度显示器

液晶温度显示器 液晶温度显示器 摘要： 温度是许多监控系统中的一个重要。随着传感器技术和无线传输技术的发展，使多路数据监控和无线传输可以通过计算机实现控制。该系统应用可组网数字温度传感器DS18B20，利用器件内部唯一的序号，在单总线基础上实现多路温度的采集。通过设置按键,设定温度的上限温度值和下限温度值。在运行过程中将采样的温度模拟量送入A/D转换器中进行模拟-数字转换，通过18B20 来测量现实的温度。传送到单片机通过程序显示到液晶显示器上，用两个10K电位器可以改变屏幕和字体的亮度，再将转换后的数字量用液晶进行显示。液晶屏显示模块与数码管相比，他显得更为专业、漂亮。 关键词： 单片机 1602液晶显示器 18B20温度传感器 LCD Monitor Temperature Abstract： The temperature has been a very important parameter in monitor systems. With the sensor and wireless transmission technology developed, the multi-channel data monitor and wireless transmission system can be made by computer. The multiple temperature measurement system based on 1-Wire Bus adopts the network build-up data temperature sensor DS18B20 by using the sensor inner serial number. By setting a button, set temperature limit value and lower temperature. In the process of temperature will sampling analog into A/D converter is simulated by digital conversion, 18B20 - A measure of reality. To display chip program to LCD, with two 10K potentiometer can change the screen and the brightness of the font, will be converted to display with LCD digital. LCD display module, compared with digital tube is more professional, he is beautiful. Key Words： SCM ；1602 LCD ；18B20 temperature 1 系统工作原理和总体设计 1. 1 多路温度采集工作原理简介 温度采集部分使用数字温度计DS18B20，利用单片机MEGA16控制。DS18B20数字温度计提供9~12位(二进制)温度读数，指示器件的温度信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20输出，因此从主机CPU到DS18B20仅需一条线(和地线)，每一个DS18B20在出厂时已经给定了唯一的序号，因此任意多个DS18B20（理论上）可以存放在同一条单线总线上。每一片单总线芯片内部都有一个全球唯一的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（ID）。在测试温度前，先利用单片机读出每个芯片的ID号，在多路测温时通过单片机匹配每个芯片的ID，来搜寻该路的温度。单片机与DS18B20进行序列号匹配，有两种方法：离线读取，然后直接应运读出的序列号进行匹配，此法简单实用。在线搜索，将所有的DS18B20放入系统中，进行多次搜索（几个器件就搜索几次）读取了ID序列号之后，进行匹配，此法较复杂。本系统将采用离线读取，直接应用的方法。最后将采集的温度数据在单片机中进行数据处理。 1. 2 系统硬件的总体设计 本系统硬件主要分为温度采集模块、主控模块、无线传输模块、显示及控制模块。如图1.1所示。在温度采集端，温度传感器DS18B20实时感应环境温度，然后将采集的信号发送到单片机，经过运算处理换算成十进制数据，同时单片机控制液晶1602显示实时采集的温度，同时可以经过键盘控制采集的温度数据及设置温度上下限，超出温度设置的上下限时则会报警。控制电路的硬件设计以ATMEL公司的8位MEGA16单片机为控制核心。 1. 3 系统软件的总体设计 本系统的软件编写是采用C语言嵌套汇编语言，它主要实现对温度信号的采集、处理、数据传输以及控制LCD显示和串口通信等。主程序流程及DS18B20操作流程如图1.2所示。 图1.2 主流程框图 2 系统硬件器件的选择 2. 1 单片机的选择 2. 1. 1 概述 单片机的全称为单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer）或微型控制器（Micro-controller）。它在一块芯片上集成了中央处理单元CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、定时器/计数器和多种输入/输出（I/O），如并行I/O、串行I/O和A/D转换器等。就其组成而言一块单片机就是一台计算机。典型的结构如图1-1所示。由于它具有许多适用于控制的指令和硬件支持而广泛应用于工业控制、仪器仪表、外设控制、顺序控制器中，所以又称为微控制单元（MCU）。 图1-1 单片机结构框图 MCS-51系列单片机，是Intel公司继MCS-48系列单片机之后，在1980年推出的高档8位单片机。当时MCS-51系列产品有8051、8031、8751、80C51、80C31等型号。它们的结构基本相同，其主要差别反映在寄存器的配置上有所不同。8051内部没有4K字节的掩膜ROM程序存储器，8031片内没有程序存储器，而8751是将8051片内的ROM换成EPROM。ATMEL89系列单片机是ATMEL公司的以8031核构成的8位Flash单片机系列。这个系列单片机的最大特点就是在片内含有Flash存储器，AT89S52单片机是一种低功耗高性能的CMOS8位微控制器，内置8KB可在线编程闪存。该器件采用Atmel公司的高密度非易失性存储技术生产，其指令与工业的80C51指令集兼容。片内程序存储器允许重复在线编程，允许程序存储器在系统内通过SPI串行口改写或用同用的非易失性存储器改写。通过把通用的8位CPU与可在线下载的Flash集成在一个芯片上，AT89S52便成为一个高效的微型计算机。它的应用范围广，可用于解决复杂的控制问，且成本较低。  2. 1. 2 特性 ※AT89S52的主要特性如下： ※兼容MCS51产品 ※8K字节可擦写1000次的在线可编程ISP 闪存 ※4.0V到5.5V的工作电源范围 ※全静态工作：0Hz ～ 24MHz ※3级程序存储器加密 ※256字节内部RAM ※32条可编程I/O线 ※3个16位定时器/计数器 ※8个中断源 ※UART串行通道 ※低功耗空闲方式和掉电方式 ※通过中断终止掉电方式 ※看门狗定时器 ※双数据指针 ※灵活的在线编程（字节和页模式） 2. 1. 3 引脚功能与封装 图1-3是AT89S52封装结构图。 图1-3  AT89S52封装引脚图 按照功能，AT89S52的引脚可分为主电源、外接晶体振荡或振荡器、多功能I/O口、控制和复位等。 1．  多功能I/O口 AT89S52共有四个8位的并行I/O口：P0、P1、P2、P3端口，对应的引脚分别是P0.0 ～ P0.7，P1.0 ～ P1.7，P2.0 ～ P2.7，P3.0 ～ P3.7，共32根I/O线。每根线可以单独用作输入或输出。 ①P0端口，该口是一个8位漏极开路的双向I/O口。在作为输出口时，每根引脚可以带动8个TTL输入负载。当把“1”写入P0时，则它的引脚可用作高阻抗输入。当对外部程序或数据存储器进行存取时，P0可用作多路复用的低字节地址/数据总线，在该模式，P0口拥有内部上拉电阻。在对Flash存储器进行编程时，P0用于接收代码字节；在校验时，则输出代码字节；此时需要外加上拉电阻。 ②P1端口，该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P1口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在对Flash编程和程序校验时，P1口接收低8位地址。另外，P1.0与P1.1可以配置成定时/计数器2的外部计数输入端（P1.0/T2）与定时/计数器2的触发输入端（P1.0/T2EX），如表1-1所示。 表1-1  P1口管脚复用功能 端口引脚 复用功能 P1.0 T2（定时器/计算器2的外部输入端） P1.1 T2EX（定时器/计算器2的外部触发端和双向控制） P1.5 MOSI（用于在线编程） P1.6 MISO（用于在线编程） P1.7 SCK（用于在线编程） ③ P2端口，该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P2口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。P2口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位的外部数据存储器（如执行MOVX  @DPTR指令）时，P2口送出高8位地址，在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX  @RI指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。在对Flash编程和程序校验期间，P2口也接收高位地址或一些控制信号。 ④ P3端口，该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P3口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。P3口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在AT89S52中，同样P3口还用于一些复用功能，如表1-2所列。在对Flash编程和程序校验期间，P3口还接收一些控制信号。 表1-2  P3端口引脚与复用功能表 端口引脚 复用功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 INT0（外部中断0） P3.3 INT1（外部中断1） P3.4 T0（定时器0的外部输入） P3.5 T1（定时器1的外部输入） P3.6 WR（外部数据存储器写选通） P3.7 RD（外部数据存储器读选通） 2． RST  复位输入端。在振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使其单片机复位。看门狗定时器（Watchdog）溢出后，该引脚会保持98个振荡周期的高电平。在SFR AUXR（地址8EH）寄存器中的DISRTO位可以用于屏蔽这种功能。DISRTO位的默认状态，是复位高电平输出功能使能。 3． ALE/PROG  地址锁存允许信号。在存取外部存储器时，这个输出信号用于锁存低字节地址。在对Flash存储器编程时，这条引脚用于输入编程脉冲PROG。一般情况下，ALE是振荡器频率的6分频信号，可用于外部定时或时钟。但是，在对外部数据存储器每次存取中，会跳过一个ALE脉冲。在需要时，可以把地址8EH中的SFR寄存器的0位置为“1”，从而屏蔽ALE的工作；而只有在MOVX或MOVC指令执行时ALE才被激活。在单片机处于外部执行方式时，对ALE屏蔽位置“1”并不起作用。 4．PSEN  程序存储器允许信号。它用于读外部程序存储器。当AT89S52在执行来自外部存储器的指令时，每一个机器周期PSEN被激活2次。在对外部数据存储器的每次存取中，PSEN的2次激活会被跳过。 5．EA/Vpp  外部存取允许信号。为了确保单片机从地址为0000H～FFFFH的外部程序存储器中读取代码，故要把EA接到GND端，即地端。但是，如果锁定位1被编程，则EA在复位时被锁存。当执行内部程序时，EA应接到Vcc。在对Flash存储器编程时，这条引脚接收12V编程电压Vpp。 6．XTAL1  振荡器的反相放大器输入，内部时钟工作电路的输入。 7．XTAL2  振荡器的反相放大器输出。 2 .2 数字温度传感器 2. 2. 1 数字温度传感器DS18B20性能特点 DS18B20温度传感器是美国Dallas半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过编程实现9～12位的数字值读数方式。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。DS18B20的性能特点可归纳如下[1]： ※独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信； ※多个DS18B20可以并联在唯一的3线上，实现多点组网功能； ※无需外部器件； ※可通过数据线供电，电压范围3.0～5.5V； ※零待机功耗； ※温度以9或12位数字量读出； ※用户可以定义的非易失性温度报警设置； ※报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件； ※负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，只能不能正常工作。 2. 2. 2 数字温度传感器DS18B20内部结构 DS18B20有三脚PR-35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图2.1所示。64位ROM的位结构如图2.2所示，开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的唯一序号，共有48位，最后8位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。非易失性温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入报警上下限。 图2.1 DS18B20内部结构图[2] 8位检验CRC 48位序列号 8位工厂代码 图2.2 64位ROM结构图[2] 图2.3高速暂存RAM结构图 DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速存储器RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPROM。高速暂存RAM包含8字节存储器，其结构如图2.3所示。前两个字节包含测得的温度信息。第3和第4字节是TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5字节位配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换位相应精度的数值。该字节各位的定义如图2.4所示。低5位一直为1，TM是测试模式为，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂是该为设置位0，用户不要改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，即用来设置分辨率，定义方法见表2.1。 TM R1 R0 1 1 1 1 1 图2.4 配置寄存器 表 2.1 DS18B20分辨率的定义规定 R1 R0 分辨率/位 温度转换最大转换时间/ms 0 0 9 93.75 0 1 10 187.5 1 0 11 375 1 1 12 750 DS18B20温度转换时间比较长，而且设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。 高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。第9字节读出前面8个字节的CRC码，用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。 当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据是低位在前，高位在后，数据以0.0625℃/LSB形式表示。温度值格式如图2.5所示。 图2.5 温度数据值格式 当符号位S=0时，表示测得的温度值位正值，可以直接将二进制转换位十进制；当符号位S=1时，表示测得的温度值位负数，要现将补码变成原码，在计算其对应的十进制数。表2.2是部分温度值对应的二进制温度数据。 表2.2 DS18B20温度与测得值对应表 温度/℃ 二进制表示 十六进制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H +25.0625 0000 0001 1001 0001 0191H +10.125 0000 0000 1010 0010 00A2H +0.5 0000 0000 0000 1000 0008H 0 0000 0000 0000 0000 0000H -0.5 1111 1111 1111 1000 FFF8H -10.125 1111 1111 0101 1110 FF5EH -25.0625 1111 1110 0110 1111 FE6FH -55 1111 1100 1001 0000 FC90H DS18B20完成温度转换后，把测得的温度值与RAM中TH、TL字节内容作比较，若T>TH或T工程

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