【最新版】基于51单片机的多路温度参数检测系统设计毕业论文(3)

因此，经过论证，决定选用智能温度传感器，并选用具有代表性的DS18B20作为测温元件。

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2.2.3测温电路的方案

图2.5 DS18B20的引脚

测温电路的方案要根据测温的传感器的结构以及使用方法来确定。下面先从DS18B20的数据构成和读写方式进行分析。

如图2.5所示，DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。

DS18B20内部结构

DS18B20内部结构主要由7部分组成：寄生电源、温度传感器、64位光刻ROM与单线接口、高速暂存器、非挥发的温度报警触发寄存器TH和TL、存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码:

(1)寄生电源由二极管和寄生电容组成，并有电源检测电路用来判定供电方式并且输出相应的逻辑电平（“0”表示用寄生电源供电，“1”表示用外部电源供电），以便高速暂存器能够读出数据和命令。寄生电源有两个显著的优点：第一，远程检测温度时无需本地电源；第二，在缺少正常电源时也能读ROM。

(2)光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

(3)DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例:用16位符号

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扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。

这是12位转化后得到的16位数据，存储在18B20的两个8比特的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即可得到实际温度。

例如+125℃的数字输出为07D0H，+25.0625℃的数字输出为0191H，-25.0625℃的数字输出为FF6FH，-55℃的数字输出为FC90H。

表2.3 温度-数据对应表

(4)DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。

暂存存储器包含了8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第六、七、八个字节用于内部计算。第九个字节是冗余检验字节。意义为：

TM R1 R0 1 1 1 1 1

低五位一直都是1 ，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率。

表2.4 分辨率设置

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根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右，后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。

(5)在完成温度转换之后，DS18B20就把测得的温度值t同t、t作比较。若t>t，或t<t,则将该器件的报警标志置位，并对CPU发出的报警搜索命令做出响应。因此可用多片DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。一旦某个测温点越限，主CPU用报警搜索命令即可识别正在报警的DS18B20，并且读出其序号，而不必考虑其他为报警的DS18B20。

(6)在64位激光ROM的最低8位字节中存有CRC。主CPU根据ROM的前56位来计算CRC值，并与存入DS18B20中的CRC值进行比较，以判断主CPU接收到的ROM数据是否正确。

CRC的函数表达式为

CRC=X+X+X+1 （2-4）此外，DS18B20尚需按照式（2-4）所规定的格式为暂存器中的数据产生一个8位CRC，送给CPU，以确保暂存器的数据传送无误。

从上面的温度传送原理可见，虽然18B20是单总线结构，但是如果将3个传感器都挂在一个串行IO口的话，还需要先编程分别读取各个18B20的序列号，就可能造成编程的困难，而且程序调试时也难以跟踪对应的参数。考虑到只测量3路温度，就将3个传感器的DQ引脚直接经4.7K上拉电阻接到3个IO口上，这个测温电路方案同样简单，且易于编程和调试。

2.3显示模块的方案

单片机应用系统的显示器件种类很多，但最常用的主要有两种：数码管显示即LED 显示器；液晶显示即LCD显示器。从结构上，两种显示器又可分为段码显示和点阵显示。LED显示器价格低廉，工作稳定，发光强度较强，机械性能较好，在普通单片机应用系统中最常见；LCD显示器是近年来上市的一种被动发光式显示器，具有重量轻、功耗低、体积小、显示内容丰富、使用方便等特点，在通讯、仪器仪表、电子设备、家用电器等低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用，使这些电子设备的人机界面变得越来越直观形象，目前已广泛应用于电子表、计算器、液晶电视、复印机等许多方面。基于我们电路需要显示字符，而且是任务要求，故选用液晶模块。在液晶模块中，常用的型号有1602和12864，两者的主要区别主要在于：1602为5*8的字符型液晶，能同时

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显示32个英文或者数字字符；12864为128*64的点阵型液晶，面积更大，带字库的还能够显示汉字，但是价格更贵（约为前者的6倍），根据任务要求，只要求显示3路4位采集温度和设定阀值，故1602已经能够满足需要，另外由于是工业要求较低成本，故价格在100元以上的12864已经对1602不构成优势，故最终选择的LCD为TC1602。

2.3.1TC1602液晶模块

字符型液晶是一种使用5×7点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容量可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等，我们选用的则是最常用的2行16个字的1602液晶模块。TC1602液晶模块的引脚图如下所示：

图2.7 1602液晶模块引脚图

各引脚功能分别如下：

第1脚：VSS为电源地，接GND。

第2脚：VDD接＋5V电源。

第3脚：VL为液晶显示器对比度调整，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。

第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

第5脚：R/W为读写信号献，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。

第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。

第15脚：BLA背光电源正极（＋5V）输入引脚。

第16脚：BLK背光电源负极，接GND。

1602液晶模块内带标准字库，内部的字符发生存储器（CGROM）存储了192个5×7点阵字符，32个5×10点阵字符。另外还有字符生成RAM（CGRAM）512字节，供用