八路温度数据采集系统设计(LED显示)

八路温度数据采集系统设计（LED显示）

摘要

八路温度数据采集系统采用LED显示，选用8只DS18B20温度传感器总线的方式。温度采集器以89C51单片机为控制核心，由控制、显示、采集等模块组成。详细分析了该采集器各模块的功能和接口电路原理、给出了软件系统的框架和各个函数的结构。附件：源程序代码、proteus的仿真图。

关键词：温度采集；单片机应用；Proteus仿真；LED显示；89C51

目录

摘要................................................. 错误！未定义书签。

1.1 绪论............................................. 错误！未定义书签。

1.2课题研究内容 (3)

2 总体方案设计 (3)

2.1 总体方案框图 (4)

2.2 各模块的功能 (4)

2.3 整体电路图...................................... 错误！未定义书签。

4 软件系统设计 (8)

4.1编程语言及开发工具 (8)

4.2 软件系统的流程结构 (8)

4.3 程序模块设计 (9)

5 仿真及实验调试 (18)

5.1 仿真原件 (18)

5.2 仿真 (19)

参考文献 (19)

致谢 (20)

附件1 (21)

附件2 (21)

附件3 (21)

1．1 绪论

随着科技的不断进步，在工业生产中温度是常用的被控参数，而采用单片机来对这些被控参数进行控制已成为当今的主流。本文介绍了数字温度测量及自动控制系统的设计。阐述了以89C5单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。主要组成部分：89C51单片机、温度传感器、显示电路。仿真表明，本设计对温度的显示方便、简单的特点，元器件利用率高。温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机。文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测与温度显示。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度在LED上显示的目的。

1.2课题研究内容

1主要内容

能采集8路温度，并每一秒钟显示一个通道的温度。

2具体要求

用MCS-51系列单片机作为控制器；

温度可采用DS18B20，误差±1℃；

用LED显示；

用1个键可以暂停一个通道的显示；

用Proteus完成所有功能的仿真；

设计或选用5V直流稳压电源模块。

2 总体方案设计

本课题将设计一个8路温度采集&显示器，但它上面装有LED液晶屏幕显示，可以根据时间显示不同通道的环境温度，切换时间位1s，也可以根据需求通过功能按键将一个通道的显示暂停。首先采用89C51单片机为控制核心，选用DS18B20温度传感器作为8路采集模块的采集器，由于每一片DS18B20芯片有自身的系列好，可以利用

DS18B20单总线技术将8个传感器用一根总线连接一起。（单总线不同于I2C、SPI、SCI总线技术，单总线减低了IO口的开支，硬件开销少，成本低廉，便于总线的扩展和维护等有点。）由于采用单总线方式，对不同DS18B20的温度传感器有不同的序列号，因此特别设置了一个附加电路测DS18B20的序列号。

根据设计方案的分析：由于DS18B20温度传感器在启动的时候需要内部初始化，大概需要1S的时间，之后才会正确的显示各个通道的温度。

2.1 总体方案框图

八路温度采集器系统的硬件框图如图所示。

2.2 各模块的功能

温度采集器：电源模块、温度采集模块、键盘模块、信号选择模块、显示模块5个模块组成。

电源模块：选择市场上常用的5v充电电源；

温度采集模块：由单总线连8路DS18B20而成，8路DS18B20采用非寄生电源，由外部5v供电。

键盘控制模块：由一个独立按钮形成独立的按键，实现“暂停”

功能。

液晶显示模块：由4位LED、1位LED、限流电阻、三极管构成，实现对温度值的显示。

2.3 主要器件功能介绍

89C51

简介：

89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

主要特性：

DS18B20

概述：

DS1820 数字温度计提供9 位温度读数,指示器件的温度。信息经过单线接口送入DS1820 或从DS1820 送出，因此从中央处理器到

DS1820 仅需连接一条，读写和完成温度变换所需的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源；

因为每一个DS1820 有唯一的系列号，因此多个DS1820 可以存在于同一条单线总线上。这允许在许多不同的地方放置温度灵敏器件。此特性的应用范围包括HVAC、环境控制、建筑物、设备或机械内

的温度检测以及过程监视和控制中的温度检测。

DS18B20的主要特性

1.1、适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电

1.2、独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯

1.3、DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温

1.4、DS18B20在使用中不需要任何外围元件，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

1.5、温范围－55℃～+125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃

1.6、可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为

0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温

1.7、在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快

1.8、测量结果直接输出数字温度信号，以"一线总线"串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力

1.9、负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作

3.1 八路温度采集器电路图

4 软件系统设计

4.1编程语言及开发工具

本系统的处理器是兼容8051指令集的高速单片机STC89C51。为此，首选Keil μVision 作为其开发工具。Keil μVision 是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。其功能强大，生成的代码紧凑，是目前世界上使用最广泛的51系列兼容单片机开发工具。

4.2 软件系统的流程结构

温度采集器的软件主要包括温度的采集、数据的处理、LED显示、键盘管理等模块组成。其流程结构框图如下图所示：

系统经过初始化之后，过段时间采集温度传感器的值，避免温度传感器输出特性误报85读。显示一只温度传感器的温度持续1秒左右，检测时候按键按下，按下则持续显示这位温度传感器的温度。若没有按下则判断是否已经显示到最后只传感器，若是，则刷新温度值；若否则显示下一只温度传感器温度。

4.3 程序设计

/*****************************miann.c**************************************/ #include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

//外部函数引用申明

extern void tmstart(); //初始化ds18b20 extern void read_dealtemp(); //读取并处理温度

extern void showled();

sbit button=P3^0;

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的启动特性，所以加端程序屏蔽掉显示85度

read_dealtemp();

delaym(20000);

while(1)

{

tmstart(); //初始化

read_dealtemp(); //读取温度

for(n=0;n<8;n++) //温度传感器循环

{

button=1;

for(m=0;m<100;m++) //传感器显示扫描次数，决定显示不同温度传感器数值的时间

{

wei=n;

showled();

}

while(button==0)

{

showled();

}

}

}

}

/*****************************18b20.c***********************************/ #include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

uint temp[8]=1;

sbit ds=P3^7;

uchar lcdrom[8][8]={{0x28,0x30,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0x8e},

{0x28,0x31,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0xb9},

{0x28,0x32,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0xe0},

{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)//延时{

uint i,j;

for(i=ms;i>0;i--)

for(j=110;j>0;j--); }

/****ds18b20程序****/ void dsrst()//ds18b20复位{

uint i;

ds=0;

i=103;

while(i>0)i--;

ds=1;

i=4;

while(i>0)i--;

}

bit dsrd0()//读一位数据{

uint i;

bit dat;

ds=0;i++;

ds=1;i++;i++;

dat=ds;

i=8;while(i>0)i--;

return(dat);

}

uchar dsrd()//读1个字节数据{

uchar i,j,dat;

dat=0;

for(i=8;i>0;i--)

{

j=dsrd0();

dat=(j<<7)|(dat>>1);

}

return(dat);

}

void dswr(uchar dat)//写数据{

uint i;

uchar j;

bit testb;

for(j=8;j>0;j--)

{

testb=dat&0x01;

dat=dat>>1;

if(testb)

{

ds=0;

i++;i++;

ds=1;

i=8;while(i>0)i--;

}

else

{

ds=0;

i=8;while(i>0)i--;

ds=1;

i++;i++;

}

}

}

void tmstart()//初始化ds18b20

{

dsrst();

delayms(1);

dswr(0xcc);

dswr(0x44);

}

void read_dealtemp()//读取并处理温度{

uchar i,j;

uchar a,b;

for(j=0;j<8;j++)

{

dsrst();

delayms(1);

dswr(0x55);

for(i=0;i<8;i++)

{

dswr(lcdrom[j][i]);//发送64位序列号

}

dswr(0xbe);

a=dsrd();

b=dsrd();

tvalue=b;

tvalue<<=8;

tvalue=tvalue|a;

temp[j]=tvalue;

delayms(50);

}

}

/*************************show.c*****************************/

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

extern uint wei;

extern uint temp[8];

void showled();

void shub(uint temp);

extern delaym(unsigned int i);

sbit LSA=P2^0; //管脚定义

sbit LSB=P2^1;

sbit LSC=P2^2;

sbit LSD=P2^3;

sbit LSE=P2^4;

unsigned char code Disp_Tab[] = {0x40,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xbf}; //段码

unsigned int LedOut[5];

/********以下将读18b20的数据送到LED数码管显示*************/

void showled()

{

int i;

LedOut[0]=Disp_Tab[wei+1];

shub(temp[wei]);

for(i=0; i<5; i++)

{

switch(i)

{

case 0:LSA=1;LSB=0;LSC=0;LSD=0;LSE=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 = LedOut[i] ;

delaym(100);

}

P0 =0xff;

}

void shub(uint temp) //温度数据处理

{

uint fl,i;

if(temp&0x8000)

{

temp=~temp;

temp+=1;

fl=0;

}

else fl=1;

i=temp*0.0625; //温度在寄存器中是12位，分辨率是0.0625

temp=i*10+0.5; //乘10表示小数点后只取1位，加0.5是四折五入

temp=temp/10;

LedOut[1]=Disp_Tab[temp%10000/1000];

LedOut[2]=Disp_Tab[temp%1000/100];

LedOut[3]=Disp_Tab[temp%100/10]; //十位

LedOut[4]=Disp_Tab[temp%10]; //个位

if(fl==0)

{

if((temp/10)==0) LedOut[3]=Disp_Tab[10];

else if(temp/100==0)LedOut[2]=Disp_Tab[10];

else if(temp/1000==0)LedOut[1]=Disp_Tab[10];

}

}

5 仿真及实验调试

5.1 仿真原件：

AT89C51（单片机）

7SEG-MPX1-CA(共阳级一位数码管)

7SEG-MPX4-CA(共阳级四位数码管)

电阻

电容

晶振

按键

DS18B20（温度传感器）

5.2 仿真

参考文献

[1] 黄惟公,邓成中,王燕.单片机原理与应用技术[M],西安-西安电子科技大学出版社,

2007.08

[2] 张毅刚．MC-51单片机应用设计（二版）：哈工大出版社 2005

[3] 杨文龙．单片微机原理及应用．西安电子科技出版社

[4] 王桂敏，齐风河. 基于1-Wire总线技术的巡检系统[M],大庆师范学院学报，2007.4

[5] 周航慈．单片机程序设计基础．北京：北京航天航空大学出版社

[6] 胡汉才.单片机原理及其借口技术.北京：清华大学出版社

[7] DS18b20说明书

[8]常敏等单片机应用程序开发与实践电子工业出版社 2009；

[9]周润景等基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真北航出版社 2006.5

致谢

首先我要感谢我的指导老师邓成中老师，他为我们为我们此次设计指明方向，形成了良好的学习氛围，指导我正确的学习方法，在此谨邓老师表达深深的谢意！

在设计的进行过程中，还得到了机械工程与自动化学院其张老师、余老师等几位老师的热心指导和帮助，帮我排除了很多困难，在此表示衷心的感谢！

还要非常感谢我的同学，我们同宿舍的同班的许多好朋友，他们给了我很多帮助！