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基于单片机STC89C51的温度LCD12864显示系统的设计
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更新于2023-03-16
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用温度传感器DS18b20检测空气中的温度,STC89C51采集DS18B20的数据并通过LCD12864显示实时温度。提供C51源代码
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基于单片机 STC89C51 的温度显示系统的设计
引言
随着电子技术,特别是随大规模集成电路的产生而出现的微型计算机技术的飞速发展,人
类生活发生了根本性的改变。如果说微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃,那么可
以毫不夸张地说,单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。目前,
单片机以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、高可靠性、高性能价格比、开发
较为容易,在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为
广泛的应用,并已走人家庭,从洗衣机、微波炉到音响、汽车,到处都可见到单片机的踪影。因
此,单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。本课题研究的内
容就是以单片机为主要控制元件,通过温度传感器 DS18B20 实现对温度的测量,并通过
LCD12864 直接显示所测温度。
1、设计任务
用温度传感器 DS18b20 检测空气中的温度,STC89C51 采集 DS18B20 的数据并通过
LCD12864 显示实时温度。
2、系统硬件设计
2.1 系统方框图
见图2-1.
图 3-1 系统方框图
2.2 各模块方案的选择
2.2.1 温度检测方案选择
方案一:采用热电偶或热敏电阻作感温元件,但热电偶需冷端补偿,电路设计复杂,热敏电
阻虽然精度较高,但需要标准稳定电阻匹配才能使用,而且重复性、可靠性都比较差。
方案二:采用集成温度传感器 DS18B20 。该传感器结构简单,不需外接电路,数据传输
采用 one-wire。总线,可用一根 I/O 数据线即供电又传输数据,在-10 ℃ --+85℃范围内精度
为±0.5℃,分辨率较高,重复性和可靠性好。故采用方案二。
2.2.2 显示模块方案的选择
方案一:采用数码管显示。数码管亮度高、体积小、重量轻,但其显示信息简单、有限,在
本题目中应用受到很大的限制。
方案二:采用液晶显示。液晶显示功耗低,轻便防震。采用液晶显示界面友好清晰,操作方
便,显示信息丰富。故采用方案二
2.3 单片机控制系统
单片机作为整个硬件系统的核心,它既是协调整机工作的控制器,又是数据处理器。它由单
片机、时钟电路、复位电路等组成。为了简化电路、降低成本、提高可靠性,本系统采用
STC89C51 作为主控制器,它是一款与 MCS51 完全兼容且内部自带有 4KB 的 Flash 存储器及
256KB RAM 单元的芯片,因此可以不需另外扩展 EEPROM 及静态 RAM 就可以实现所需功能。
单片机最小系统是软硬件系统连接的桥梁。它包括: 单片机 89C51,LCD12864 液晶模块 ,
DS18B20 温度采集模块。
单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准,时钟信号通常用两种电路形
式得到:内部振荡和外部振荡。MCS-51 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器,
引脚 XTALl 和 XTAL2 分别是此放大电器的输入端和输出端,由于采用内部方式时,电路简单,
所得的时钟信号比较稳定,实际使用中常采用这种方式,如图所示在其外接晶体振荡器(简称晶
振)或陶瓷谐振器就构成了内部振荡方式,片内高增益反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶
体或陶瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。
下图中外接晶体以及电容 C2 和 C1 构成并联谐振电路,它们起稳定振荡频率、快速起振的
作用,其值均为 30P 左右,晶振频率选 6MHz。
为了初始化单片机内部的某些特殊功能寄存器,必须采用复位的方式,复位后可使 CPU 及
系统各部件处于确定的初始状态,并从初始状态开始正常工作。单片机的复位是靠外电路来实现
的,在正常运行情况下,只要 RST 引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平,即可引起系统
复位,但如果 RST 引脚上持续为高电平,单片机就处于循环复位状态。复位操作有两种情况,
即上电复位和手动(开关)复位。本系统采用上电复位方式。图 2-2 中 R9 和 Cl 组成上电复位电路,
其值 R 取为 1K, C 取为 22μF.
2
图 3-
2 单
片机最
小系统
2.4
温 度
检 测
模块
由
DALLAS 半导体公司生产的 DS18B20 型单线智能温度传感器,属于新一代适配微处理器的智能
温度传感器,可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备
中。它具有体积小,接口方便,传输距离远等特点。
DS18B20 性能特点
2.4.1 DS18B20 的性能特点:
① 采用单总线专用技术,既可通过串行口线,也可通过其它 I/O 口线与微机接口,无须经过
其它变换电路,直接输出被测温度值(9 位二进制数,含符号位)。
② 测温范围为-55℃-+125℃,测量分辨率为 0.0625℃。
③ 内含 64 位经过激光修正的只读存储器 ROM。
④ 适配各种单片机或系统机。
⑤ 用户可分别设定各路温度的上、下限。
⑥ 内含寄生电源。
2.4.2 DS18B20 内部结构
DS18B20 内部结构主要由四部分组成:64 位光刻 ROM,温度传感器,非挥发的温度报警触
发器 TH 和 TL,高速暂存器。64 位光刻 ROM 是出厂前被光刻好的,它可以看作是该 DS18B20
的地址序列号。64 位 ROM 结构图如图 2 所示。不同的器件地址序列号不同。 DS18B20 的管
脚排列如图 5-1 所示。
图 3-4-2 DS18B20 引脚分布图
3
2.4.3 DS18B20 高速暂存器
DS18B20 高速暂存器共 9 个存储单元,如表所示:
序号 寄存器名称 作 用 序号 寄存器名称
0
温度低字节 以 16 位补码形式
存放
4
配置寄存器
1
温度高字节 5、6、7 保留
2
TH/用户字节 1 存放温度上限
8 CRC
3
HL/用户字节 2 存放温度下限
表 3-4-3 DS18B20 高速暂存器
以 12 位转化为例说明温度高低字节存放形式及计算:12 位转化后得到的 12 位数据,存储在
18B20 的两个高低两个 8 位的 RAM 中,二进制中的前面 5 位是符号位。如果测得的温度大于
0,这 5 位为 0,只要将测到的数值乘于 0.0625 即可得到实际温度;如果温度小于 0,这 5 位
为 1,测到的数值需要取反加 1 再乘于 0.0625 才能得到实际温度。
高 8 位
S S S S S 2
6
2
5
2
4
低 8 位
2
3
2
2
2
1
2
0
2
-1
2
-2
2
-3
2
-4
2.4.4 DS18B20 控制方法
DS18B20 有六条控制命令,如表所示:
指 令 约定代码 操 作 说 明
温度转换
44H
启动 DS18B20 进行温度转换
读暂存器
BEH
读暂存器 9 个字节内容
写暂存器
4EH
将数据写入暂存器的 TH、TL 字节
复制暂存器
48H
把暂存器的 TH、TL 字节写到 E
2
RAM 中
重新调 E
2
RAM
B8H
把 E
2
RAM 中的 TH、TL 字节写到暂存器 TH、TL 字节
读电源供电方式
B4H
启动 DS18B20 发送电源供电方式的信号给主 CPU
表 3-4-4 DS18B20 控制命令
2.4.5 DS18B20 的通信协议
DS18B20 器件要求采用严格的通信协议,以保证数据的完整性。该协议定义了几种信号类
型:复位脉冲,应答脉冲时隙;写 0,写 1 时隙;读 0,读 1 时隙。与 DS18B20 的通信,是通
过操作时隙完成单总线上的数据传输。发送所有的命令和数据时,都是字节的低位在前,高位在
后。
① 复位和应答脉冲时隙
每个通信周期起始于微控制器发出的复位脉冲,其后紧跟 DS18B20 发出的应答脉冲,在写
时隙期间,主机向 DS18B20 器件写入数据,而在读时隙期间,主机读入来自 DS18B20 的数据。
在每一个时隙,总线只能传输一位数据。时序图见图
图
4
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