—基于DS18B20的溫度檢測系統(tǒng)方案

1、. . . . 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（論文）基于DS18B20的溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)所 屬 系 電子工程系 專 業(yè) 自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 01208163 姓名 周何聰 指導(dǎo)教師 振東 起訖日期 2011.4 - 2011.5 設(shè)計(jì)地點(diǎn) 東南大學(xué)成賢學(xué)院 29 / 30東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（論文）誠 信 承 諾本人承諾所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（論文）與取得的成果是在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成，引用他人成果的部分均已列出參考文獻(xiàn)。如論文涉與任何知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛，本人將承擔(dān)一切責(zé)任。學(xué)生簽名： 日期：目 錄摘要3Abstract 4第一章 緒 論 51.1 系統(tǒng)背景 51.2 系統(tǒng)概述 5第二章 方案論證 62.1 傳感器部分

2、 62.2主控制部分 72.3 系統(tǒng)方案 7第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 83.1 電源以與看門狗電路83.2鍵盤以與顯示電路103.2溫度測試電路 123.3 串口通訊電路 163.4 整體電路 17第四章軟件設(shè)計(jì)174.1 概述 174.2 主程序方案 174.3 各模塊子程序設(shè)計(jì)19第五章系統(tǒng)調(diào)試215.1 分步調(diào)試 215.2 統(tǒng)一調(diào)試 21結(jié)束語 22參考文獻(xiàn) 23附錄一:軟件流程圖 25附錄二：電路原理圖 26致 30摘要DS18B20是一種可組網(wǎng)的高精度數(shù)字式溫度傳感器，由于其具有單總線的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，可以使用戶輕松地組建起傳感器網(wǎng)絡(luò)，并可使多點(diǎn)溫度測量電路變得簡單、可靠。本文結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)

3、驗(yàn)，介紹了DS18B20數(shù)字溫度傳感器在單片機(jī)下的硬件連接與軟件編程，并給出了軟件流程圖。該系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩大部分組成。下位機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度的檢測并提供標(biāo)準(zhǔn)RS232通信接口，芯片使用了ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)和DALLAS公司的DS18B20數(shù)字溫度傳感器。上位機(jī)部分使用了通用PC。該系統(tǒng)可應(yīng)用于倉庫測溫、樓宇空調(diào)控制和生產(chǎn)過程監(jiān)控等領(lǐng)域。關(guān)鍵字：溫度測量；單總線；數(shù)字溫度傳感器；單片機(jī)Abstract As a kind of high-accuracy digital net temperature sensor，DS18 B20 can be used building a

4、 sensor net easily. It can also make the net simple and reliable with its special 1-wire interface .This paper introduces the application of DS18B20 with single chip processor.Thesystem is constituted by two parts the temperature measured part and displayed part.The temperature measured part has a R

5、S232 interface. Itused AT89C51 of ATMEL company and DS18B20 of DALLAS company.The displayed part uses PC .This system is applied in such domains aswarehouse detecting temperature；air-conditioner controlling system in buildingand supervisory productive process etc.Key words：temperature measure；single

6、 bus；digital thermometer；single chip processor；第一章 緒 論1.1系統(tǒng)背景在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對溫度的測量與控制占據(jù)著極其重要地位。首先讓我們了解一下多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)在各個(gè)方面的應(yīng)用領(lǐng)域：消防電氣的非破壞性溫度檢測，電力、電訊設(shè)備之過熱故障預(yù)知檢測，空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測，各類運(yùn)輸工具之組件的過熱檢測，保全與監(jiān)視系統(tǒng)之應(yīng)用，醫(yī)療與健診的溫度測試，化工、機(jī)械等設(shè)備溫度過熱檢測。溫度檢測系統(tǒng)應(yīng)用十分廣闊。1.2 系統(tǒng)概述本設(shè)計(jì)運(yùn)用主從分布式思想，由一臺(tái)上位機(jī)（PC微型計(jì)算機(jī)），下位機(jī)（單片機(jī)）多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級(jí)分布式多點(diǎn)溫度測量的巡回檢測

7、系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用 RS-232串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，通過上位機(jī)（PC）控制下位機(jī)（單片機(jī)）進(jìn)行現(xiàn)場溫度采集。溫度值既可以送回主控PC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由顯示器顯示。也可以由下位機(jī)單獨(dú)工作，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前各點(diǎn)的溫度值，對各點(diǎn)進(jìn)行控制。下位機(jī)采用的是單片機(jī)基于數(shù)字溫度傳感器DS18B20的系統(tǒng)。DS18B20利用單總線的特點(diǎn)可以方便的實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的測量，輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的抗干擾性好、設(shè)計(jì)靈活、方便，而且適合于在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場溫度測量。本系統(tǒng)可以應(yīng)用在大型工業(yè)與民用常溫多點(diǎn)監(jiān)測場合。如糧食倉儲(chǔ)系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、溫控制程生產(chǎn)線之溫度影像檢測、醫(yī)療與健診的溫度測試、空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測、石化、機(jī)械等

8、。第二章 方案論證溫度檢測系統(tǒng)有則共同的特點(diǎn)：測量點(diǎn)多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場離監(jiān)控室遠(yuǎn)等。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號(hào)，則需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路、A/D 轉(zhuǎn)換與相應(yīng)的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到計(jì)算機(jī)去處理。這樣，由于各種因素會(huì)造成檢測系統(tǒng)較大的偏差；又因?yàn)闄z測環(huán)境復(fù)雜、測量點(diǎn)多、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)與各種干擾的影響，會(huì)使檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降 。所以多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于兩部分：溫度傳感器的選擇和主控單元的設(shè)計(jì)。溫度傳感器應(yīng)用圍廣泛、使用數(shù)量龐大，也高居各類傳感器之首。2.1 傳感器部分方案一：采用熱敏電阻，可滿足40攝氏度至90攝氏度測量圍，但熱敏

9、電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對于檢測1攝氏度的信號(hào)是不適用的。而且在溫度測量系統(tǒng)中,采用單片溫度傳感器,比如AD590,LM35等.但這些芯片輸出的都是模擬信號(hào),必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后才能送給計(jì)算機(jī),這樣就使得測溫裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜.另外,這種測溫裝置的一根線上只能掛一個(gè)傳感器,不能進(jìn)行多點(diǎn)測量.即使能實(shí)現(xiàn)，也要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也增加了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。方案二：在多點(diǎn)測溫系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的測溫方法是將模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離采樣進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，而為了獲得較高的測溫精度，就必須采用措施解決由長線傳輸，多點(diǎn)測量切換與放大電路零點(diǎn)漂移等造成的誤差補(bǔ)償問題。采用數(shù)字溫度芯片DS18B20測量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字

10、化。便于單片機(jī)處理與控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好。在0100攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì)DS1820和微控制器AT89C51構(gòu)成的溫度測量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào),可直接與計(jì)算機(jī)連接。這樣,測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單,體積也不大,且由于AT89C51可以帶多個(gè)DSB1820,因此可以非常容易實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測量.輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。采用溫度芯片DS18B20測量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個(gè)趨勢。部分功能電路的集成，使總體電路更簡潔，搭建電路和焊接電路

11、時(shí)更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測量電路的精確度。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢。2.2主控制部分方案一：此方案采用PC機(jī)實(shí)現(xiàn)。它可在線編程，可在線仿真的功能，這讓調(diào)試變得方便。且人機(jī)交互友好。但是PC機(jī)輸出信號(hào)不能直接與DS18B20通信。需要通過RS232電平轉(zhuǎn)換兼容，硬件的合成在線調(diào)試，較為繁瑣，很不簡便。而且在一些環(huán)境比較惡劣的場合，PC機(jī)的體積大，攜帶安裝不方便，性能不穩(wěn)定，給工程帶來很多麻煩！方案二：此方案采用AT89C51八位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)軟件編程的自由度大，可通過編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制

12、。而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡單，安裝方便。既可以單獨(dú)對多DS18B20控制工作，還可以與PC機(jī)通信.運(yùn)用主從分布式思想，由一臺(tái)上位機(jī)（PC微型計(jì)算機(jī)），下位機(jī)（單片機(jī)）多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級(jí)分布式多點(diǎn)溫度測量的巡回檢測系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。另外AT89C51在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)與外圍功能電路的配合使用都很成熟。2.3 系統(tǒng)方案綜上所述,溫度傳感器以與主控部分都采用第二方案。系統(tǒng)采用針對傳統(tǒng)溫度測溫系統(tǒng)測溫點(diǎn)少，系統(tǒng)兼容性與擴(kuò)展性較差的特點(diǎn)，運(yùn)用分布式通訊的思想。設(shè)計(jì)一種可以用于大規(guī)模多點(diǎn)溫度測量的巡回檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的是RS-232串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)，通過下位機(jī)（單片機(jī)）進(jìn)行現(xiàn)

13、場的溫度采集，溫度數(shù)據(jù)既可以由下位機(jī)模塊實(shí)時(shí)顯示，也可以送回上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，具有巡檢速度快，擴(kuò)展性好，成本低的特點(diǎn)。實(shí)際采用電路方案如下圖：第三章 硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)底層電路的功能主要包括：多點(diǎn)溫度測試與其相關(guān)處理，實(shí)時(shí)顯示溫度信息，與上位機(jī)通訊傳輸溫度數(shù)據(jù)。硬件設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)模塊：電源以與看門狗電路， 鍵盤以與顯示電路，溫度測試電路，串口通訊電路。下面對電路分模塊進(jìn)行說明3.1 電源以與看門狗電路a電源電路因?yàn)閱纹瑱C(jī)工作電源為+5V，且底層電路功耗很小。采用7805三端穩(wěn)壓片即可滿足要求。具體電路圖如下：b看門狗電路考慮到底層電路板的工作環(huán)境相對惡劣，單片機(jī)會(huì)受到周圍環(huán)境的干擾，而出

14、現(xiàn)程序跑飛，死機(jī)等一些不可預(yù)知的不正常工作現(xiàn)象。工作人員也不可能到現(xiàn)場對單片機(jī)重起，本設(shè)計(jì)為單片機(jī)電路添加一個(gè)外部看門狗電路。定時(shí)查詢單片機(jī)的工作狀態(tài),一但發(fā)現(xiàn)異常即對單片機(jī)延時(shí)重起。保證系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。NE56604能為多種微處理器和邏輯系統(tǒng)提供復(fù)位信號(hào)，其門限電平為4.2V 。在電源突然掉電或電源電壓下降到低于門限電平時(shí)。NE56604將產(chǎn)生精確的復(fù)位信號(hào)。NE56604置一個(gè)看門狗定時(shí)器，用于監(jiān)控微處理器，以確保微處理器的正常運(yùn)行?？撮T狗能產(chǎn)生一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)用來終止任何由于微處理器故障而引發(fā)的不正常的系統(tǒng)操作。NE56604的看門狗的監(jiān)控周期為100mS（典型值）。特性.正負(fù)雙邏輯

15、輸出的有效復(fù)位信號(hào)。.精準(zhǔn)的門限電平監(jiān)測。.上電復(fù)位部延時(shí)。.可利用外部電阻調(diào)節(jié)的部看門狗定時(shí)器。.看門狗定時(shí)器的監(jiān)控周期為100mS 典型值。.VCC=0.8VDC時(shí)產(chǎn)生有效的復(fù)位信號(hào)典型值。.僅需很少的外圍元件。具體電路圖如下:3.2鍵盤以與顯示電路鍵盤電路單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路,以與專一的復(fù)位功能外,其它的按鍵或鍵盤都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。鍵盤有編碼和非編碼兩種。非編碼鍵盤硬件電路極為簡單。故本系統(tǒng)采用撥碼開關(guān)來控制。具體電路如下：A. 開關(guān)狀態(tài)的可靠輸入鍵開關(guān)狀態(tài)的可靠輸入有兩種解決方法。一種是軟件去抖動(dòng)：它是在檢測到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè)10ms的

16、延時(shí)程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正鍵按下狀態(tài)，從而消除了抖動(dòng)影響。另一種為硬件去抖動(dòng)：即為按鍵添加一個(gè)鎖存器。兩種方法都簡單易行，本設(shè)計(jì)采用的是硬件去抖。B. 對按鍵進(jìn)行編碼給定鍵值或給出鍵號(hào)對于按鍵無論有無編碼，以與采用什么編碼，最后都要轉(zhuǎn)換成為與累加器中數(shù)值相對應(yīng)的鍵值，以實(shí)現(xiàn)按鍵功能程序的散轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移。為使編碼間隔小，散轉(zhuǎn)入口地址安排方便，常采用依次序排列的鍵號(hào)。撥碼開關(guān)值含義0000實(shí)時(shí)顯示通道一的溫度值0001實(shí)時(shí)顯示通道二的溫度值0010實(shí)時(shí)顯示通道三的溫度值0011實(shí)時(shí)顯示通道四的溫度值0100實(shí)時(shí)顯示通道五的溫度值0101實(shí)時(shí)顯示通道六

17、的溫度值0110實(shí)時(shí)顯示通道七的溫度值0111實(shí)時(shí)顯示通道八的溫度值1*自動(dòng)循環(huán)顯示所有通道的溫度C. 選擇鍵盤監(jiān)測方法對是否有鍵按下的信息輸入方式有中斷方式與查詢方式兩種。本設(shè)計(jì)采用的查詢法，即在在CPU空閑時(shí)調(diào)用鍵盤掃描子程序。溫度顯示電路設(shè)計(jì)采用的是共陰極七段數(shù)碼管。顯示方式有動(dòng)態(tài)掃描和靜態(tài)顯示，兩種方法在本設(shè)計(jì)中皆可。由于靜態(tài)掃描要用到多片串入并出芯片，考慮到電路板成本計(jì)算。本人采用是節(jié)約硬件資源的動(dòng)態(tài)掃描方式。即用兩塊芯片就可以完成顯示功能。顯示數(shù)據(jù)由4511譯碼器輸出，ULN2003為位驅(qū)動(dòng)掃描信號(hào)。具體電路圖如下：3.2溫度測試電路這里我們用到溫度芯片DS18B20。DS18B2

18、0是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO92小體積封裝形式。測溫分辨率可達(dá)0.0625，被測溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出。其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。DS18B20支持“一線總線”接口，測量溫度圍為 -55C+125C，在-10+85C圍,精度為0.5C。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。 DS18B20部結(jié)構(gòu)（1） DS

19、18B20的部結(jié)構(gòu)如下圖所示。 DS18B20部結(jié)構(gòu)圖DS18B20有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件： 64位激光ROM。64位激光ROM從高位到低位依次為8位CRC、48位序列號(hào)和8位家族代碼(28H)組成。溫度靈敏元件。非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL?？赏ㄟ^軟件寫入用戶報(bào)警上下限值。配置寄存器。配置寄存器為高速暫存存儲(chǔ)器中的第五個(gè)字節(jié)。DS18B20在0工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值，其各位定義如圖所示。TMR1R011111MSBDS18B20配置寄存器結(jié)構(gòu)圖LSB其中，TM：測試模式標(biāo)志位，出廠時(shí)被寫入0，不能改變；R0、R1：溫度計(jì)分辨率設(shè)置位，其對應(yīng)四種分辨率如下表所列

20、，出廠時(shí)R0、R1置為缺省值：R0=1，R1=1（即12位分辨率），用戶可根據(jù)需要改寫配置寄存器以獲得合適的分辨率。配置寄存器與分辨率關(guān)系表 ：R0R1溫度計(jì)分辨率/bit最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/us00993.750110187.510113751112750（2） 高速暫存存儲(chǔ)器高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成，其分配如下圖所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如圖所示。對應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值

21、。溫度低位溫度高位THTL配置保留保留保留8位CRCLSBDS18B20 存儲(chǔ)器映像圖MSB溫度值格式圖DS18B20 溫度數(shù)據(jù)表：232221202-12-22-32-4MSBLSBSSSSS262524典型對應(yīng)的溫度值表:溫度/二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+125 +25.0625+10.125+0.50-0.5-10.125-25.0625-5500000111 1101000000000001 1001000100000000 1010001000000000 0000100000000000 0000000011111111 1111100011111111 010111101111111

22、0 0110111111111100 1001000007D0H0191H00A2H0008H0000HFFF8HFF5EHFE6FHFC90HDS18B20最大的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，DS18B20的數(shù)據(jù)I/O均由同一條線來完成。硬件連接電路如下圖：AT89C51DS18B201#DS18B202#DS18B203#DS18B2020#VCC=5V4.7K1WIRE本系統(tǒng)為多點(diǎn)溫度測試。DS18B20采用外部供電方式，理論上可以在一根數(shù)據(jù)總線上掛256個(gè)DS18B20，但時(shí)間應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，如果掛接25個(gè)以上的DS18B20仍舊有可能產(chǎn)生功耗問題。另外單總線長度也不宜超過80M，否則也會(huì)影響

23、到數(shù)據(jù)的傳輸。在這種情況下我們可以采用分組的方式，用單片機(jī)的多個(gè)I/O來驅(qū)動(dòng)多路DS18B20。在實(shí)際應(yīng)用中還可以使用一個(gè)MOSFET將I/O口線直接和電源相連，起到上拉的作用。對DS18B20的設(shè)計(jì)，需要注意以下問題（1）對硬件結(jié)構(gòu)簡單的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20 進(jìn)行操作，需要用較為復(fù)雜的程序完成。編制程序時(shí)必須嚴(yán)格按芯片數(shù)據(jù)手冊提供的有關(guān)操作順序進(jìn)行，讀、寫時(shí)間片程序要嚴(yán)格按要求編寫。尤其在使用DS18B20 的高測溫分辨力時(shí)，對時(shí)序與電氣特性參數(shù)要求更高。（2）有多個(gè)測溫點(diǎn)時(shí)，應(yīng)考慮系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)傳感器出錯(cuò)自動(dòng)指示，進(jìn)行自動(dòng)DS18B20 序列號(hào)和自動(dòng)排序，以減少調(diào)試和維護(hù)工作量。（

24、3）測溫電纜線建議采用屏蔽4 芯雙絞線，其中一對線接地線與信號(hào)線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。DS18B20 在三線制應(yīng)用時(shí)，應(yīng)將其三線焊接牢固；在兩線應(yīng)用時(shí)，應(yīng)將VCC與GND接在一起，焊接牢固。若VCC脫開未接，傳感器只送85.0 的溫度值。（4）實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要注意單線的驅(qū)動(dòng)能力，不能掛接過多的DS18B20，同時(shí)還應(yīng)注意最遠(yuǎn)接線距離。另外還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇其接線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。3.3 串口通訊電路AT89C51有一個(gè)全雙工的串行通訊口，所以單片機(jī)和電腦之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，比如電腦的串口是RS232電平的，而單片機(jī)的串口是TTL電平的，兩

25、者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。具體電路如下：我們采用了三線制連接串口，也就是說和電腦的9針串口只連接其中的3根線：第5腳的GND、第2腳的RXD、第3腳的TXD。這是最簡單的連接方法，但是對本設(shè)計(jì)來說已經(jīng)足夠使用了，電路如上圖所示。通信線采用交叉接法，即兩者信號(hào)線對應(yīng)成為RT，TR。 具體連接電路如下:3.4 整體電路 見附件二（電路原理圖）第四章 軟件設(shè)計(jì)4.1 概述 整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：

26、一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測量、計(jì)算、顯示、通訊等。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能和鍵盤設(shè)置選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實(shí)時(shí)性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。4.2 主程序方案主程序調(diào)用了4個(gè)子程序，分別是數(shù)碼管顯示程序、鍵盤掃描以與按鍵處理程序、溫度測試程序、中斷控制程序、單片機(jī)與PC機(jī)串口通訊程序。鍵盤

27、掃描電路與按鍵處理程序：實(shí)現(xiàn)鍵盤的輸入按鍵的識(shí)別與相關(guān)處理。溫度測試程序：對溫度芯片送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行判斷和顯示。數(shù)碼管顯示程序：向數(shù)碼的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。中斷控制程序：實(shí)現(xiàn)循環(huán)顯示功能。串口通訊程序：實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)通訊，將溫度數(shù)據(jù)傳送給PC機(jī)。將各個(gè)功能程序以子程序的形式寫好，當(dāng)寫主程序的時(shí)候，只需要調(diào)用子程序，然后在寄存器的分配上作一下調(diào)整，消除寄存器沖突和I/O沖突即可。程序應(yīng)該盡可能多的使用調(diào)用指令代替跳轉(zhuǎn)指令。因?yàn)樘D(zhuǎn)指令使得程序難以看懂各程序段之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。而調(diào)用指令則不同，調(diào)用指令使得程序結(jié)構(gòu)清晰，無論是修改還是維護(hù)都比較方便。將功能程序段寫成子程序的形

28、式，除了方便調(diào)用之外，還有一個(gè)好處那就是以后寫程序的時(shí)候如果要用到，就可以直接調(diào)用這個(gè)單元功能模塊。主程序流程圖如右圖:4.3 各模塊子程序設(shè)計(jì)下面對主要幾個(gè)子程序的流程圖做介紹：（1）溫度測試子程序設(shè)計(jì)見附錄一：溫度測試子程序流程圖（2）中斷控制程序設(shè)計(jì)如右圖:（3）串口通信程序設(shè)計(jì)本次通訊中，測控系統(tǒng)分位上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信，系統(tǒng)中單片機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、處理和控制，上位機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場可視化檢測，通信協(xié)議采用半雙工異步串行通信方式，通過RS232的RTS信號(hào)進(jìn)行收發(fā)轉(zhuǎn)換，傳輸數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制數(shù)據(jù)，上位機(jī)與下位機(jī)之間采用主從式通訊。本人采用的VB環(huán)境下PC機(jī)與單片機(jī)之間實(shí)現(xiàn)串行通訊的軟硬件方案。V

29、B是Microsoft公司推出的Windows應(yīng)用程序開發(fā)工具，因其具有界面友好，編程簡便等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的使用，而且Visual Basic 6.0 版本帶有專門實(shí)現(xiàn)串行通訊的MSCOMM控件。MSComm控件串口具有完善的串口數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收功能。通過此控件，PC機(jī)可以利用串行口與其它設(shè)備實(shí)現(xiàn)輕松連接，簡單高效地實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的通訊。此控件的事件響應(yīng)有兩種處理方式。事件驅(qū)動(dòng)方式：由MSComm控件的OnComm事件捕獲并處理通訊錯(cuò)誤與事件；查詢方式：通過檢查CommEvent屬性的值來判斷事件和錯(cuò)誤。1) MSComm控件的主要屬性和方法 a. CommPort：設(shè)置或返回串行端口號(hào)，其取值

30、圍為199，缺省為1 b. Setting：設(shè)置或返回串行端口的波特率、奇偶校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位。c. PortOpen：打開或關(guān)閉串行端口。d. RThreshold：該屬性為一閥值，它確定當(dāng)接收緩沖區(qū)字節(jié)個(gè)數(shù)達(dá)到或超過該值后就產(chǎn)生MSComml-OnComm事件。e. Input：從接收緩沖區(qū)移走一串字符。f. Output：向發(fā)送緩沖區(qū)傳送一字符串。軟件流程圖如下：單片機(jī)程序流程圖PC通訊程序流程圖參數(shù)設(shè)定：通信端口選擇COM1，波特率設(shè)定為1200B/SMSCOmm mPort=1MSComm.Setting=“1200， n, 8, 1”。START:MOVSP,#60HMOVT

31、MOD,#20HMOVTH1,#0E6HMOVTL1,#0E6H ;1200B/S，晶振為12MHZMOV PCON,#00HMOVSCON,#50HSETBTR1第五章 系統(tǒng)調(diào)試5.1 分步調(diào)試1、測試環(huán)境與工具測試溫度：0100攝氏度。（模擬多點(diǎn)不同溫度值環(huán)境）測試儀器與軟件：數(shù)字萬用表，溫度計(jì)0100攝氏度，串口調(diào)試助手。測試方法：目測。2、測試方法使系統(tǒng)運(yùn)行，觀察系統(tǒng)硬件檢測是否正常（包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，鍵盤電路，顯示電路，溫度測試電路等）。系統(tǒng)自帶測試表格數(shù)據(jù)，觀察顯示數(shù)據(jù)是否相符合即可。采用溫度傳感器和溫度計(jì)同時(shí)測量多點(diǎn)水溫變化情況（取溫度值不同的多點(diǎn)），目測顯示電路是否正常。并記

32、錄各點(diǎn)溫度值，與實(shí)際溫度值比較，得出系統(tǒng)的溫度指標(biāo)。使用串口調(diào)試助手與單片機(jī)通訊，觀察單片機(jī)與串口之間傳輸數(shù)據(jù)正確否。3、測試結(jié)果分析自檢正常，各點(diǎn)溫度顯示正常，串口傳輸數(shù)據(jù)正確。因?yàn)樾酒撬芰戏庋b，所以對溫度的感應(yīng)靈敏度不是相當(dāng)高，需要一個(gè)很短的時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定。5.2 統(tǒng)一調(diào)試將硬件與軟件結(jié)合起來進(jìn)行系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)試。實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)通訊，兩者可以實(shí)時(shí)更新顯示各點(diǎn)溫度值。結(jié)束語AT89C51的時(shí)鐘為12M，I/O口可達(dá)32個(gè)，高的時(shí)鐘頻率和豐富的I/O，都為實(shí)現(xiàn)電路功能提供了非常有利的條件。同時(shí)也AT89C51含4KB FLASH ROM，開發(fā)環(huán)境友好，易用，方便，大大加快本系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)。

33、撥碼開關(guān)的使用，使操作更為簡潔，易懂。實(shí)時(shí)顯示電路的設(shè)計(jì)，使溫度信息更迅速，直觀地發(fā)布。本制作的設(shè)計(jì)中使用了傳感器的只是插座電路，因此，該系統(tǒng)的可擴(kuò)展性很強(qiáng)。整個(gè)系統(tǒng)硬件簡單、可靠，系統(tǒng)成本低。致此本人設(shè)計(jì)基本完成了預(yù)期的目標(biāo)，系統(tǒng)在硬件自動(dòng)測試，鍵盤操作，實(shí)時(shí)顯示方面做的比較好。但是由于時(shí)間倉促、條件有限，設(shè)計(jì)成果并不是很完美，還存在下面問題：串口通訊不穩(wěn)定，未對溫度數(shù)值統(tǒng)計(jì)處理以與存儲(chǔ)。我準(zhǔn)備在今后的工作過程中進(jìn)一步完善此設(shè)計(jì)。 參考文獻(xiàn)1. 賈振國. DS1820 與高精度溫度測量的實(shí)現(xiàn)J.電子技術(shù)應(yīng)用，2000（1）：58 - 59.2. 余永權(quán). 單片機(jī)原理與應(yīng)用. ：電子工業(yè), 1

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