摘 要：為了檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度，并直觀反映其變化趨勢(shì)，設(shè)計(jì)了基于STC89C52單片機(jī)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)。利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集溫度信號(hào)，該信號(hào)送入STC89C52單片機(jī)處理，后由液晶顯示器LCD12864 （ST7920）顯示溫度值，并繪制出溫度變化曲線。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，系統(tǒng)可靠性、測(cè)試精度及溫度趨勢(shì)曲線繪制達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：STC89C52單片機(jī)； DS18B20； LCD12864（ST7920）； 溫度檢測(cè)系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN91934； TP368 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004373X（2012）22001004

在某些檢測(cè)領(lǐng)域?qū)⒈粶y(cè)溫度數(shù)字化顯示還不足以完全反應(yīng)其變化過(guò)程和變化規(guī)律，而繪制出趨勢(shì)曲線是有效方法之一。其中一種解決方案是將單片機(jī)作為下位機(jī)采樣現(xiàn)場(chǎng)溫度，將其上傳給PC機(jī)繪制曲線。有鑒于點(diǎn)陣型圖形液晶顯示器成本逐年降低、顯示容量越來(lái)越大、工耗越來(lái)越小、而且可以方便地與單片機(jī)接口，本文設(shè)計(jì)了一種溫度檢測(cè)系統(tǒng)。利用DS18B20采集溫度，LCD12864（ST7920）液晶顯示器直接與STC89C52單片機(jī)接口，在LCD12864（ST7920）上顯示被測(cè)溫度和溫度曲線。

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由單片機(jī)STC89C52，溫度傳感器DS18B20，點(diǎn)陣型液晶顯示器LCD12864（ST7920），鍵盤(pán)電路和報(bào)警電路組成（如圖1所示）。

圖1 系統(tǒng)框圖STC89C52用于實(shí)現(xiàn)算法、是整個(gè)系統(tǒng)的主控核心；LCD12864用于顯示實(shí)測(cè)溫度、溫度曲線、時(shí)間和日期等參數(shù)；DS18B20用于溫度采集；鍵盤(pán)電路用于設(shè)定相關(guān)參數(shù)（上下限溫度值、時(shí)間）；報(bào)警電路用于溫度超限報(bào)警。

2 主要硬件設(shè)計(jì)

2.1 STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)

STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)由單片機(jī)，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路組成。單片機(jī)系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)STC89C52單片機(jī)具有抗干擾性能強(qiáng)、速度快、功耗低和指令代碼完全兼容8051單片機(jī)等特點(diǎn)。其主要參數(shù)為［12］：時(shí)鐘頻率最高可達(dá)80 MHz；內(nèi)置8 KB的FLASH ROM，512 B的RAM和2 KB的E2PROM；3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)。

STC89C52的P0口作為普通I/O口使用，與12864液晶顯示器DB0～DB7數(shù)據(jù)口相連，根據(jù)P0口硬件特點(diǎn)在其外部必須接上上拉電阻。

時(shí)鐘電路采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，為單片機(jī)系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。

復(fù)位電路采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵復(fù)位的方式，只要保證加到RST引腳的高電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期就能使單片機(jī)正常復(fù)位［3］。

2.2 DS18B20數(shù)字測(cè)溫電路

測(cè)溫電路的傳感器選用DS18B20數(shù)字式溫度傳感器，它具有特點(diǎn)［46］為：可通過(guò)編程的方式實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字溫度直讀；測(cè)溫范圍為－55～125 ℃，最高12位分辨率，精度可達(dá)±0.5 ℃；可設(shè)置超限溫度報(bào)警，并有搜索命令識(shí)別報(bào)警條件；單總線接口，僅需一條輸入輸出線（DQ）就能與單片機(jī)（P2.0）進(jìn)行通信。DS18B20數(shù)字測(cè)溫電路如圖3所示。

顯示電路是人機(jī)交互的核心，本系統(tǒng)需同時(shí)顯示實(shí)測(cè)溫度、上限溫度、溫度曲線，時(shí)間和日期，信息量大，故選擇點(diǎn)陣圖形液晶顯示器LCD12864（ST7920）。

LCD12864（ST7920）具有特性［79］為：4位/8位并行、2線或3線串行等多種接口方式；顯示分辨率為128×64， 內(nèi)置8 192個(gè)16×16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16×8點(diǎn)ASCII字符集；接口方式靈活、簡(jiǎn)單，可方便的構(gòu)成中英文式人機(jī)交互圖形界面。LCD12864與單片機(jī)接口電路如圖4所示。

LCD12864（ST7920） 由DDRAM （顯示數(shù)據(jù)RAM），CGROM （字型產(chǎn)生ROM）和CGRAM （自定義字型產(chǎn)生RAM）和GDRAM（繪圖RAM）等組成，實(shí)現(xiàn)顯示字符和圖形的功能。

DDRAM模塊提供64×2個(gè)位元組的空間，最多可控制4行16字（64個(gè)字）的中文字型顯示，當(dāng)寫(xiě)入顯示數(shù)據(jù)RAM時(shí)，可分別顯示CGROM與CGRAM的字型；此模塊可顯示HCGROM字型（半角）、CGRAM字型及CGROM的中文字型3種字型。液晶顯示器屏幕坐標(biāo)（AC地址）與DDRAM地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

CGRAM模塊提供4組16×16點(diǎn)的自定義圖像空間，可以將內(nèi)部字型沒(méi)有提供的圖像字型自行定義到CGRAM中，便可和CGROM中的定義一樣地通過(guò)DDRAM顯示在屏幕中。

圖4 LCD12864與單片機(jī)接口電路GDRAM提供64×32個(gè)字節(jié)的空間，實(shí)際可控制128×64點(diǎn)陣的二維繪圖緩沖空間。GDRAM的二維地址與液晶屏幕坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖5所示。

2.4.1 報(bào)警電路

報(bào)警電路由PNP三極管（9012），蜂鳴器及單片機(jī)的控制引腳（P21）組成。當(dāng)溫度超限， P21引腳輸出一定頻率的信號(hào)，觸發(fā)蜂鳴器工作從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警。報(bào)警電路如圖6所示。

鍵盤(pán)電路采用中斷和查詢相結(jié)合的方式設(shè)定溫度和調(diào)整時(shí)間。系統(tǒng)由4個(gè)按鍵組成，分別對(duì)應(yīng)溫度/時(shí)間設(shè)定的功能選擇，數(shù)字增加和減少的調(diào)節(jié)。當(dāng)有鍵按下時(shí)，負(fù)跳變引起INT1中斷，再查詢具體按鍵，并執(zhí)行相應(yīng)功能。這種結(jié)構(gòu)既擴(kuò)充了外部中斷源，減少了CPU的工作負(fù)擔(dān)，又能對(duì)按鍵進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。鍵盤(pán)電路如圖7所示。

LM7805三端集成穩(wěn)壓器和濾波電容組成電源電路，為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的工作電壓。電源電路如圖8所示。

主程序流程如圖9所示。

液晶顯示器的讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)和數(shù)字/字符、溫度顯示、曲線繪制和時(shí)鐘顯示等功能由驅(qū)動(dòng)函數(shù)和界面顯示函數(shù)完成。

驅(qū)動(dòng)函數(shù)包括：

TestLcdIdle（）

//忙檢測(cè)

WriteLcdCommand（）

//寫(xiě)入命令

WriteLcdData（）

//寫(xiě)入數(shù)據(jù)

ReadLcdData（）

//讀出數(shù)據(jù)

界面顯示函數(shù)包括：

DisplayDdramChar（）

//數(shù)字/字符顯示

DrawGdramSelfChar（）

//自定義字符顯示

SetGdramDot（）/DrawGdramLine（）

//描點(diǎn)/畫(huà)線

3.2 溫度采集函數(shù)

啟動(dòng)DS18B20溫度轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸必須嚴(yán)格按照其時(shí)序進(jìn)行，溫度采集函數(shù)包括：

InitDs18b20（）//啟動(dòng)DS18B20

WriteDs18b20OneByte（）

//寫(xiě)命令/數(shù)據(jù)（上下限溫度）

ReadDs18b20Data（）

//讀出溫度值（實(shí)測(cè)溫度/上下限溫度）

Ds18b20DataToString（）

//轉(zhuǎn)換為顯示字符

SetDs18b20AlarmTempe（）

///設(shè)定上限溫度

DisplayDs18b20AlarmTempe（）

///顯示上限溫度

DisplayDs18b20DigitalTempe（）

//顯示實(shí)測(cè)溫度

Draw Ds18b20AlarmTempeLine（）

//繪制上限溫度線

DrawDs18b20TempeLine（）//繪制實(shí)測(cè)溫度線

3.3 主函數(shù)

主函數(shù)包括初始化液晶顯示器，定時(shí)/計(jì)數(shù)器等模塊，而后調(diào)用溫度采集，界面顯示等函數(shù)。

（1） 初始化

TimerInit（）

//T0為定時(shí)器，工作方式1，定時(shí)每50 ms產(chǎn)生中斷

InitLcdBase（）

//液晶顯示器初始化

ClearLcdGdram（）

//清液晶顯示器的圖形RAM

（2） 時(shí)間/日期設(shè)定，日期和靜態(tài)指針時(shí)鐘顯示

SetClock（）

//設(shè)定時(shí)間

SetDate（）

//設(shè)定日期

RunDate（）

//日期顯示

（3） 主循環(huán)

RunDigitalClock（）

//動(dòng)態(tài)數(shù)字時(shí)鐘顯示

每50 ms采樣一次（即每50 ms調(diào)用上述溫度采集函數(shù)），共采樣6次，利用去極值平均值濾波法得到實(shí)測(cè)溫度（采樣的6個(gè)數(shù)據(jù)排序后去掉最大值和最小值再平均） ［10］，顯示實(shí)測(cè)溫度，繪制曲線，并判斷是否超限。

4 實(shí) 驗(yàn)

系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果如圖10～圖13所示。

圖10 系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果（一） 圖11 系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果（二）

左邊顯示包括：

（1） “12/06/21”為陽(yáng)歷日期，格式為年/月/日。

（2） “16：59：09”為數(shù)字時(shí)鐘，格式為小時(shí)：分鐘：秒。

（3） “S：30 ℃”代表設(shè)定的上限溫度；“<”，“=”，“>”代表上限溫度與實(shí)測(cè)溫度的大小關(guān)系。

（4） “46.84 ℃”， “26.35 ℃”， “31.23 ℃”，

“40.99 ℃”等代表實(shí)測(cè)溫度。

圖中右邊為溫度曲線和上限溫度線。

時(shí)間和溫度上限值可通過(guò)程序或鍵盤(pán)設(shè)定。

實(shí)測(cè)溫度的誤差范圍（單位：℃）在（-0.5～0.5）/100內(nèi)，繪制的溫度曲線能夠直觀地反映其變化情況。

圖12 系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果（三） 圖13 系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果（四）

5 結(jié) 論

利用點(diǎn)陣型液晶顯示器和單片機(jī)直接接口顯示被測(cè)溫度和繪制曲線，可以更直觀地反映其變化趨勢(shì)，為后續(xù)研究其變化規(guī)律奠定基礎(chǔ)。實(shí)際運(yùn)行表明，系統(tǒng)測(cè)試精度、曲線繪制、超限報(bào)警等功能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，整個(gè)電路簡(jiǎn)單實(shí)用，穩(wěn)定可靠。

參 考 文 獻(xiàn)

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