温度采集与显示系统

本文格式为Word版，下载可任意编辑——温度采集与显示系统温度采集与显示系统

1、课程设计内容及功能要求1.1设计要求

利用STC89C52、DS18B20、LCD1602、AT24C02等元器件设计温度采集与显示系统。系统具有以下功能：1)能正确检测温度；2)在1602上实时显示温度；

3)每隔10秒采集一次温度数据并保存到AT24C02；4)按键按下后，可逐个显示之前采集到的数据；

5)其他功能可根据系统上的资源自行设定。

1.2设计任务

1)根据设计内容与要求，弄清系统及各个模块的工作流程，完成电路原理图，包括单片机

最小系统模块、LCD显示模块、存储模块、串行口下载模块和电源模块，最终在万用板上焊接，完成整个系统硬件设计。

2)根据设计内容与要求，弄清系统及各个模块的工作流程，完成系统的软件设计，包括系

统主程序、温度读取子程序、LCD显示子程序、存储子程序等，可使用汇编语言或是C语言编写，建议使用C语言编写。

3)完成系统的仿真与调试，使得系统在脱机状况下，能稳定可靠的工作。2、课程设计原理

依照系统的设计功能要求，本设计采用单片机软件系统实现，用单片机的自动控制能力协同按键控制，来控制温度的采集和适时存储。

确定设计系统由单片机主控模块、测温模块、显示模块、按键接口模块和存储模块共五个模块组成，电路系统框图如图1所示。

图1电路系统框图

3.课程设计思路

3.1温度采集DS18B203.1.1DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM，温度传感器，温度报警触器TH和TL,配置寄放器。DS18B20内部结构图如图3.1所示。

图3.1DS18B20内部结构图3.1.2DS18B20引脚定义：

(1)DQ为数字信号输入/输出端；(2)GND为电源地；

(3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）3.1.3DS18B20的工作原理

DS18B20的存储器包括高速暂存器RAM和可电擦除RAM，可电擦除RAM又包括温度触发器TH和TL，以及一个配置寄放器。存储器能完整的确定一线端口的通讯，数字开始用写寄放器的命令写进寄放器，接着也可以用读寄放器的命令来确认这些数字。当确认以后就可以用复制寄放器的命令来将这些数字转移到可电擦除RAM中。当修改过寄放器中的数时，这个过程能确保数字的完整性。

高速暂存器RAM是由8个字节的存储器组成；第一和其次个字节是温度的显示位。第三和第四个字节是复制TH和TL，同时第三和第四个字节的数字可以更新；第五个字节是复制配置寄放器，同时第五个字节的数字可以更新；六、七、八三个字节是计算机自身使用。用读寄放器的命令能读出第九个字节，这个字节是对前面的八个字节进行校验。存储器的结构图如图4.6所示。

DS18B20寄生电源强上拉供电方式电路图

改进的寄生电源供电方式如下面图5所示，为了使DS18B20在动态转换周期中获得足够的电流供应，当进行温度转换或拷贝到E2存储器操作时，用MOSFET把I/O线直接拉到VCC就可提供足够的电流，在发出任何涉及到拷贝到E2存储器或启动温度转换的指令后，必需在最多10μS内把I/O线转换到强上拉状态。在强上拉方式下可以解决电流供应不走的问题，因此也适合于多点测温应用，缺点就是要多占用一根I/O口线进行强上拉切换。

执行序列

通过单线总线端口访问DS18B20的协议如下：步骤1.初始化

步骤2.ROM操作指令步骤3.DS18B20功能指令

每一次DS18B20的操作都必需满足以上步骤，若是缺少步骤或是顺序混乱，器件将不会返回值。例如这样的顺序：发起ROM探寻指令[F0h]和报警探寻指令[ECh]之后，总线控制器必需返回步骤1。初始化

通过单总线的所有执行操作处理都从一个初始化序列开始。初始化序列包括一个由总线控制器发出的复位脉冲和其后由从机发出的存在脉冲。存在脉冲让总线控制器知道DS18B20在总线上且已准备好操作。ROM指令

一旦总线控制器探测到一个存在脉冲，它就发出一条ROM指令。假使总线上挂有多只

DS18B20，这些指令将基于器件独有的64位ROM片序列码使得总线控制器选出特定要进行操作的器件。这些指令同样也可以使总线控制器识别有多少只，什么型号的器件挂在总线上，同样，它们也可以识别哪些器件已经符合报警条件。ROM指令有5条，都是8位长度。总线控制器在发起一条DS18B20功能指令之前必需先发出一条ROM指令。ROM指令操作流程图见图11。

SearchROM[F0h](探寻ROM指令)

当系统上电初始化的时候，总线控制器必需通过识别总线上所有ROM片序列码去得到从机的数目和型号。总线控制器通过探寻ROM指令屡屡循环探寻ROM编码，以确认所有从机器件。在每次探寻ROM指令之后，总线控制器必需返回步骤1。READROM[33h]（读取ROM指令）

只有在总线上存在单只DS18B20的时候才能使用这条命令。该命令允许总线控制器在不使用探寻ROM指令的状况下读取从机的64位片序列码。假使总线上有不止一只从机，当所有从机试图同时传送信号时就会发生数据冲突。MATHROM[55h]（匹配ROM指令）

匹配ROM指令，后跟64位ROM编码序列，让总线控制器在多点总线上定位一只特定的DS18B20。只有和64位ROM片序列码完全匹配的DS18B20才能响应随后的存储器操作指令；所有和64位ROM片序列码不匹配的从机都将等待复位脉冲。SKIPROM[CCh](忽略ROM指令)

这条指令允许总线控制器不用提供64位ROM编码就使用功能指令。例如，总线控制器可以先发出一条忽略ROM指令，然后发出温度转换指令[44h]，从而完成温度转换操作。注意：当只有一只从机在总线上时，无论如何，忽略ROM指令之后只能跟着发出一条读取暂存器指令[BEh]。在单点总线状况下使用该命令，器件无需发回64位ROM编码，从而节省了时间。假使总线上有不止一只从机，若发出忽略ROM指令，由于多只从机同时传送信号，总线上就会发生数据冲突。

ALARMSEARCH[ECH]（报警探寻指令）

这条命令的流程和探寻ROM指令一致，然而，只有满足报警条件的从机才对该命令作出响应。只有在最近一次测温后遇到符合报警条件的状况，DS18B20才会响应这条命令。在每次报警探寻指令周期之后，总线控制器必需返回步骤1。关于报警操作流程见报警信号操作节。

DS18B20功能指令

在总线控制器发给欲连接的DS18B20一条ROM命令后，跟着可以发送一条DS18B20功能指令。这些命令允许总线控制器读写DS18B20的暂存器，发起温度转换和识别电源模式。DS18B20的功能指令详见下文，同时被概括于表4，并用流程图示于图12。CONVERTT[44h](温度转换指令)

这条命令用以启动一次温度转换。温度转换指令被执行，产生的温度转换结果数据以2个字节的形式被存储在高速暂存器中，而后DS18B20保持等待状态。假使寄生电源模式下发出该命令后，在温度转换期间（tconv），必需在10us(最多),

内给单总线一个强上拉，见DS18B20供电节。假使DS18B20以外部电源供电，总线控制器在发出该命令后跟着发出读时序，DS18B20如处于转换中，将在总线上返回0，若温度转换完成，则返回1。寄生电源模式下，总线被强上拉拉高前这样的通讯技术不会被使用。WRITESCRATCHPAD[4Eh]（写暂存器指令）

这条命令向DS18B20的暂存器写入数据，开始位置在TH寄放器（暂存器的第2个字节），接下来写入TL寄放器（暂存器的第3个字节），最终写入配置寄放器（暂存器的第4个字节）。数据以最低有效位开始传送。上述三个字节的写入必需发生在总线控制器发出复位命令前，否则会中止写入。

READSCRATCHPAD[BEh]（读暂存器指令）

这条命令读取暂存器的内容。读取将从字节0开始，一只进行下去，知道第9字节（字节8，CRC）读完，假使不想读完所有字节，控制器可以在任何时间发出复位命令来中止读取。

COPYSCRATCHPAD[48h]（拷贝暂存器指令）

这条命令把TH,TL和配置寄放器（第2、3、4字节）的内容拷贝到EEPROM中。

假使使用寄生电源总线控制器必需在发出这条命令的10us内启动强上拉并最少保持10ms，见DS18B20供电节所述。

RECALLE2[B8H]（召回EEPROM指令）

这条命令把报警触发器的值（TH和TL）以及配置数据从EEPROM拷回暂存器。总线控制器在发出该命令后读时序，DS18B20会输出拷回标识：0标识正在拷回，1标识拷回终止。这种拷回操作在DS18B20上电时自动执行，这样器件一上电暂存器里马上就存在有效的数据了。

READPOWERSUPPLY[B4h](读电源模式指令)

总线控制器在这条命令发给DS18B20后发出读时序，若是寄生电源模式，DS18B20将拉低总线，若是外部电源模式，DS18B20将会把总线拉高。关于这条指令的用法信息详述于DS18B20供电节。单总线信号

DS18B20需要严格的单总线协议以确保数据的完整性。协议包括集中单总线信号类型：复位脉冲、存在脉冲、写0、写1、读0和读1。所有这些信号，除存在脉冲外，都是由总线控制器发出的。3.2存储器AT24C02

I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必需保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。

起始和终止信号：SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号；SCL线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平的变化表示终止信号。数据传送格式

（1）字节传送与应答

每一个字节必需保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必需跟随一位应答位（即一帧共有9位）。假使一段时间内没有收到从机的应答信号，则自动认为从机已