基于單片機的數字溫度計設計
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摘要：隨著(zhù)國民經(jīng)濟的發(fā)展，人們需要對各中加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中溫度進(jìn)行監測和控制。介紹一種基于A(yíng)T89C51單片機的一種溫度測量及報警電路，該電路采用DS18820作為溫度監測元件，測量范圍0℃～+100℃，使用LED模塊顯示，能設置溫度報警上下限。詳細給出了軟硬件系統的各部分電路，該電路設計新穎、功能強大、結構簡(jiǎn)單，在數字、智能化方面有廣泛的用途。
關(guān)鍵詞：溫度測量 DS18820 AT89C51單片機 LM016L液晶模塊
近年來(lái)單片機發(fā)展十分迅速，一個(gè)以微機應用為主的新技術(shù)革命浪潮正在蓬勃興起，單片機的應用已經(jīng)滲透到電力、冶金、化工、建材、機械、食品、石油等各個(gè)行業(yè)。溫度控制系統在國內各行各業(yè)的應用雖然已經(jīng)十分廣泛，傳統的溫度控制方式，主要缺點(diǎn)是溫度波動(dòng)范圍大，不能滿(mǎn)足高精度，高速度的控制要求。本文將介紹一種基于單片機控制的數字溫度計，具有體積小、可靠性高、抗干擾能力強和使用方便等獨特優(yōu)點(diǎn)，在數字、智能化方面有廣泛的用途。
1 系統硬件構成
本次設計主要由單片機、測溫模塊、顯示模塊、報警模塊、按鍵模塊、復位電路和晶振電路構成。利用單片機控制溫度傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測并顯示，能夠實(shí)現快速測量環(huán)境溫度，并可以根據需要設定上下限報警溫度。該系統擴展性非常強，它可以在設計中加入時(shí)鐘芯片以獲取時(shí)間數據，在數據處理同時(shí)顯示時(shí)間，并且可以對某些時(shí)間點(diǎn)的溫度數據進(jìn)行存儲，利用鍵盤(pán)來(lái)進(jìn)行調時(shí)和溫度查詢(xún)，獲得的數據可以通過(guò)串口與計算機進(jìn)行串口通信，方便的采集和整理時(shí)間溫度數據。
2 關(guān)鍵硬件設計
2.1 單片機的選擇
單片機AT89C51具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿(mǎn)足電路系統的設計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設計使用系統可用二節電池供電。
80C51有40個(gè)引腳，4個(gè)8位并行I/O口，1個(gè)全雙工異步串行口，同時(shí)內含5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級，2個(gè)16位定nO/計數器。80C51的存儲器系統由4K的程序存儲器(掩膜ROM)，和128B的數據存儲器(mm)組成。
2.2 溫度傳感器
DALLAS最新單線(xiàn)數字溫度傳感器DS18820是一種新型的“一線(xiàn)器件”，其體積更小、更適用于多種場(chǎng)合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟。溫度測量范圍為-55～+125攝氏度，可編程為9位～12位轉換精度，測溫分辨率可達0.0625攝氏度，分辨率設定參數以及用戶(hù)設定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。被測溫度用符號擴展的16位數字量方式串行輸出;其工作電源既可以在遠端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生;多個(gè)DS18820可以并聯(lián)到3根或2根線(xiàn)上，CPU只需一根端口線(xiàn)就能與諸多DS18820通信，占用微處理器的端口較少，可節省大量的引線(xiàn)和邏輯電路。因此用它來(lái)組成一個(gè)測溫系統，具有線(xiàn)路簡(jiǎn)單，在一根通信線(xiàn)，可以?huà)旌芏噙@樣的數字溫度計，十分方便。
DS18820可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18820的1腳接地，2腳作為信號線(xiàn)，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖2所示單片機端口接單線(xiàn)總線(xiàn)，為保證在有效的DS18820時(shí)鐘周期內提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管來(lái)完成對總線(xiàn)的上拉。當DS18820處于寫(xiě)存儲器操作和溫度A/D轉換操作時(shí)，總線(xiàn)上必須有強的上拉，上拉開(kāi)啟時(shí)間最大為10us。采用寄生電源供電方式時(shí)VDD端接地。由于單線(xiàn)制只有一根線(xiàn)，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。
2.3 LCD液晶顯示
顯示器是人與機器溝通的重要界面，本文采用LM016L做為顯示屏。LM016L液晶模塊采用HD44780控制器，HD44780具有簡(jiǎn)單而功能較強的指令集，可以實(shí)現字符移動(dòng)，閃爍等功能，LM016L與單片機MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，HD44780控制器由兩個(gè)8位寄存器，指令寄存器(IR)和數據寄存器(DR)忙標志(BF)，顯示數mm(DDmm)，字符發(fā)生器ROMA(cGOROM)字符發(fā)生器mm(CGmm)，地址計數器mm(Ac)。IR用于寄存指令碼，只能寫(xiě)入不能讀出，DR用于寄存數據，數據由內部操作自動(dòng)寫(xiě)入DDmm和CGmm，或者暫存從DDmm和CGmm讀出的數據，BF為1時(shí)，液晶模塊處于內部模式，不響應外部操作指令和接受數據，DDTAM用來(lái)存儲顯示的字符，能存儲80個(gè)字符碼，CGROM由8位字符碼生成5*7點(diǎn)陣字符160中和5*10點(diǎn)陣字符32種。
如圖3所示，用89C51的P2口作為數據線(xiàn)，用P3.2、P3.1、P3.0分別作為L(cháng)CD的E、R/W、RS。其中E是下降沿觸發(fā)的片選信號，R/W是讀寫(xiě)信號，RS是寄存器選擇信號本模塊設計要點(diǎn)如下：顯示模塊初始化：首先清屏，再設置接口數據位為8位，顯示行數為1行，字型為5～7點(diǎn)陣，然后設置為整體顯示，取消光標和字體閃爍，最后設置為正向增量方式且不移位。向LCD的顯示緩沖區中送字符，程序中采用2個(gè)字符數組，一個(gè)顯示字符，另一個(gè)顯示電壓數據，要顯示的字符或數據被送到相應的數組中，完成后再統一顯示，首先取一個(gè)要顯示的字符或數據送到LCD的顯示緩沖區，程序延時(shí)2.5ms,判斷是否夠顯示的個(gè)數，不夠則地址加一取下一個(gè)要顯示的字符或數據。
2.4 串口通訊模塊
80C51內部已集成通信接口URT，只需擴展一片MAX232芯片將輸出信號轉換成RS-232協(xié)議規定的電平標準,MAX232是一種雙組驅動(dòng)器，接收器，每個(gè)接收器將EIA/TIA-232-E電平輸入轉換為5V TTL/CMOS電平。・每個(gè)驅動(dòng)器將TTL/CMOS輸入電平轉換為EIA/TIA-232-E電平。即EIA接口，就是把5V轉換為-8V到*15V電位0V轉換為8V到15V再經(jīng)RXD輸出，接收時(shí)由RXD輸入，把-8V到-15V電位轉換為5V，8V到15V轉換為OV。MAX232的工作電壓只需5V，內部有振蕩電路產(chǎn)生正負9V電位。
3 軟件程序設計
從軟件的功能不同可分為兩大類(lèi)：一是監控軟件(主程序)，它是整個(gè)控制系統的核心，專(zhuān)門(mén)用來(lái)協(xié)調各執行模塊和操作者的關(guān)系。二是執行軟件(子程序)，它是用來(lái)完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測量、計算、顯示、通訊等。每一個(gè)執行軟件也就是一個(gè)小的功能執行模塊。這里將各執行模塊一一列出，并為每一個(gè)執行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。各執行模塊規劃好后，就可以規劃監控程序了。首先要根據系統的總體功能選擇一種最合適的監控程序結構，然后根據實(shí)時(shí)性的要求，合理地安排監控軟件和各執行模塊之間地調度關(guān)系。主程序流程見(jiàn)圖4。
4 結論
數字溫度計可以在很多領(lǐng)域得到廣泛應用，在一些人不能直接進(jìn)入的場(chǎng)所，利用單片機控制的數字溫度計，可以設置并方便的控制其中的溫度，當溫度超過(guò)所要求的溫度時(shí)，可發(fā)生報警。
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