4.基于单片机的测控系统

1、4. 基于单片机的测控系统单片微型计算机（简称单片机，Single Chip Microcomputer，SCM）又称为微控制器。它是指在一块半导体芯片上集成了构成计算机的基本要素（CPU、RAM、ROM、C/T、I/O等）。一块芯片就相当于一台计算机。作为微型计算机的一个重要的分支，应用很广，发展也很快。单片机已广泛地应用在智能仪器仪表、机电设备过程控制、自动检测、家用电器等各种测控系统及仪器。1单片机-一块半导体芯片2 单 硅 晶 片 CPU存储器控制电路定时器时钟电路I / O口单片机单片机的形态只是一块芯片，但是它已具有了微型计算机的组成结构和功能。由于单片机的结构特点，在实际应用中常

2、常将它完全融入应用系统之中，故而也有将单片机称为嵌入式微控制器(embedded micro-controller)。单片机的中央处理器(CPU)和通用微处理器基本相同，只是增设了“面向控制”的处理功能。例如：位处理、查表、多种跳转、中断处理功能等，增强了控制的实用性和灵活性。单片机在测控中的应用31. 单片机在过程控制中的应用2. 单片机在智能仪器中的应用智能化仪器内部基本上都是用单片机进行信息控制与处理。特别是后来出现的数字信号处理器DSP是一种速度极高的单片机，它在通信和高速信息处理中起了极大的作用，从而扩展了单片机在智能仪器中的应用。数字量数字量MCS-51单片机的硬件结构4时钟源T0

3、 T1 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1时钟电路SFR和RAMROM定时/计数器 CPU串行I/O口中断系统并行I/O口系统总线MCS-51单片机的功能模块框图主要组成部分：中央处理单元CPU（8位） 只读存储器ROM /E2PROM随机读写存储器RAM特殊功能寄存器SFR（18个）并行I/O口串行I/O口定时器/计数器C/T中断系统振荡器和时钟电路各部分之间通过内部总线相连。 MCS-51单片机引脚功能540脚分三类：1、I/O口线32根P0、P1、P2、P3共32位，对应着芯片的32根引脚。2、控制线6根RST复位信号，晶振工作后2个机器周期的高电平复位CPU.A

4、LE地址锁存信号，访问外部存储器时该信号锁存低8位地址；无外部存储器时，ALE为晶振6分频PSEN外部程序存储器允许输出控制端。从程序存储器中取指令或读取数据时，该信号有效。接外部ROM的输出允许端EA程序存储器有效地址，EA=1从内部开始执行程序；EA=0从外部开始执行程序XTAL1时钟振荡器输入端，内部振荡器输入端XTAL2时钟振荡器输出端，内部振荡器输出端3、电源线2根VCC，GND电源和地+5V电源供电6P3.0：RXD串行口输入P3.1：TXD串行口输出P3.2：INT0外部中断0输入P3.3：INT1外部中断1输入P3.4：T0计数器0外部输入P3.5：T1计数器1外部输入P3.6

5、：WR片外数据存储器写控制P3.7：RD片外数据存储器读控制P3第二功能各引脚功能定义：单片机主要掌握以下几点最小系统能够运行起来的必要条件 1.电源 2.晶振 3.复位电路对单片机任意I/O口的随意操作 1.输出控制电平高低2.输入检测电平高低定时器：特别是最常用的方式2中断：外部中断、串口中断串口通信：单片机之间、单片机与计算机间DS18B20温度传感器DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的支持“一线总线”接口的温度传感器，可直接将温度转化成串行数字信号给处理器。适应电压范围宽：3.0-5.5V独特的单线接口方式，仅需一条线实现双向通信支持多点组网功能不需要任何外围元件，全部传感

6、元件和转换电路集成在芯片内测温范围-55 C-+125 C; -10 C-+85 C范围内精度为0.5 C可编程分辨率为9-12位，对应的可分辨温度分别为0.5 C，0.25 C，0.125 C和0.0625 C在9位分辨率时，最多在93.75 ms内把温度转换为数字；12位分辨率时，最多在750 ms内把温度转换为数字测量结果直接输出数字信号“一线总线”传给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力负压特性：电源极性接反时，芯片不会烧毁，但不能工作8DS18B20引脚介绍9“单总线”10单条信号线即可传输指令，又可传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种单总线技术具有线路简单、

7、成本低廉、便于总线扩展和维护等优点。单总线适用于单主机系统，能够控制一个或多个从机设备，他们之间的数据交换，只通过一条数据线。主机设备通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能释放主线，而让其它设备使用总线。单总线通常要求外接一个约5k的上拉电阻。硬件连接11DS18B20控制指令33H-读ROM55H-匹配ROM。发出此命令后，接着发出64位ROM编码，访问单总线上对应的DS18B20，为下一步在改器件上的读/写做准备F0H-搜索ROM。用于确定挂接在总线上DS18B20的个数，识别各个64位ROM，为操作各器件做准备CCH-跳过ROM。直接向器件发指令，适用于单片机

8、工作ECH-告警搜索命令。执行后只有温度超过设定值上限/下限的芯片才做出相应。12DS18B20温度转换/读取指令13高速暂存器RAM温度数据存储格式DS18B20温度转换/读取指令1444H-启动温度转换。12位转换时间最长为750ms，9位转换时间最长为93.75ms，结果存入内部RAMBEH-读暂存器。读取内部RAM的温度数据4EH-写暂存器。发出向内部RAM的第2、3字节写上/下限温度数据命令，紧跟着是传送两字节数据48H-复制暂存器。将内部RAM的第2、3字节内容复制到E2PROM中B4H-读供电方式。寄生供电时，返回0；外接电源供电时，返回1DS18B20工作时序初始化：15将数据

9、线拉到低电平；延时750s（该时间范围480-960 s ）；将数据线拉到高电平；延时等待，如果初始化成功会在15-60 s产生一个DS18B20返回的低电平；CPU读到低电平0后在延时至少480s；将数据线拉到高电平；初始化结束DS18B20工作时序16void ds_init()unsigned int i;ds=0;i=103;while(i0)i-;ds=1;i=4;while(i0)i-;if(ds!=0)lcd_write_comm(0 x80+0 x40);lcd_write_data(E);lcd_write_data(r);lcd_write_data(r);lcd_writ

10、e_data(o);lcd_write_data(r); delay(1);ds=1;将数据线拉到低电平；延时750s（该时间范围480-960 s ）；将数据线拉到高电平；延时等待，如果初始化成功会在15-60 s产生一个DS18B20返回的低电平；CPU读到低电平0后在延时至少480s；将数据线拉到高电平；初始化结束初始化：DS18B20工作时序17将数据线拉到低电平；延时15s；从低位到高位依次发送数据；延时45s；将数据线拉到高电平；重复1-5，直到整个字节发送完毕。写数据：DS18B20工作时序18写数据：void ds_write (unsigned char dat)unsign

11、ed char i,j;bit testb;for (j=0;j1;if (testb)/写1ds=0;_nop_();_nop_();ds=1;i=8;while(i-);else/写0ds=0;i=8;while(i-);ds=1;_nop_();_nop_();将数据线拉到低电平；延时15s；从低位到高位依次发送数据；延时45s；将数据线拉到高电平；重复1-5，直到整个字节发送完毕；DS18B20工作时序19将数据线拉到低电平；延时15s；从低位到高位依次发送数据；延时45s；将数据线拉到高电平；重复1-5，直到整个字节发送完毕。读数据：DS18B20工作时序20将数据线拉到低电平；延时

12、6s；将数据线拉到高电平；延时4s；读取数据线上的一个状态位，进行处理；延时30s；将数据线拉到高电平；重复1-7，直到整个字节读取完毕。读数据：unsigned char ds_read ()unsigned char i,j,k,dat;dat=0;for(i=0;i=7;i+)ds=0;_nop_();_nop_();ds=1;_nop_();j=ds;k=8;while(k-);dat=(ji)|dat;ds=1;return (dat);启动转换和读取温度21void ds_start()ds_init();/初始化ds_write(0 xcc);/跳过ROMds_write(0 x

13、44);/启动温度转换unsigned int get_temp()unsigned char a,b;unsigned int temp;ds_init(); /初始化delay(1);ds_write(0 xcc);/跳过ROMds_write(0 xbe);/读取RAMa=ds_read();b=ds_read(); /读取温度值temp=b;temp=8;temp=temp|a;return temp;启动子程序读取温度子程序22电冰箱温度测控系统设计直冷式电冰箱的控制原理是根据蒸发器的温度控制制冷压缩机的启、停，使冰箱内的温度保持在设定温度范围内。一般来说，当蒸发器的温度高至35 时启动压缩机制冷，当温度低于-10-20 时停止制冷，关断压缩机。采用单片机控制，可以使控制更准确、灵活。控制原理：电冰箱温度测控系统设计直冷式电冰箱的控制要求设定3个测温点，测量范围-26+26，精度0.5；利用功能键分别控制温度设定、速冻设定、冷藏室及冷冻室温度设定等；利用数码管显示冷冻室、冷藏室温度，压缩机启、停和速冻、报警状态；制冷压缩机停机