建立在單片機和PC串口通信基礎(chǔ)上的測溫系統(tǒng)設(shè)計

　　溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數(shù)之一，在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要用到溫度的檢測及控制，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。傳統(tǒng)方法多以熱電阻和熱電偶等為溫度傳感元件，而這種模擬溫度傳感器輸出為模擬信號，必須經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)獲得數(shù)字信號后才能與單片機等微處理器接口，使得硬件電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、抗干擾性差、布線麻煩以及成本高等缺點。

　　針對上述問題，該設(shè)計提出了基于Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字式溫度傳感器DS18B20［1-2］和ATMEL 公司AT89S52 單片機構(gòu)成的溫度測量系統(tǒng)，并可通過串口連接在PC 系統(tǒng)上進行實時顯示，該系統(tǒng)安裝簡易，可靠性高，適用于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。

　　1 系統(tǒng)構(gòu)成

　　測溫系統(tǒng)由微控制器、溫度采集、串口通信、LCD 顯示和上位機顯示等幾部分組成，如圖1 所示。

　　圖1 系統(tǒng)組成

　　數(shù)據(jù)采集流程為：單片機 AT89S52 獲取溫度傳感器DS18B20 采集的溫度值，經(jīng)處理后傳輸給LCD1602 現(xiàn)實，并且通過串口通信上傳給上位機，供上位機顯示。

　　1.1 DS18B20 數(shù)字式溫度傳感器

　　DS18B20 溫度傳感器是美國DALLAS 半導(dǎo)體公司推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程讀取9～12 位數(shù)字溫度值。DS18B20 的性能特點如下：

　?、龠m應(yīng)電壓范圍更寬（3.0～5.5 V），在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；

　?、讵毺氐膯尉€接口方式。與微處理器連接時僅需要一條線即可實現(xiàn)雙向通訊；

　?、跠S18B20 支持多點組網(wǎng)功能；

　?、蹹S18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在一只形如三極管的集成電路內(nèi)；

　　⑤溫范圍－55℃～＋125℃，在-10～+85℃時精度為±0.5℃；

　　⑥可編程的分辨率為9～12 位，對應(yīng)的分辨率分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.062 5℃，可實現(xiàn)高精度測溫；

　?、咿D(zhuǎn)換時間為93.75 ms（9 位）和750 ms（12 位），對于一般的實時測溫系統(tǒng)已經(jīng)足夠了；

　　⑧測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以丹總線串行傳送給CPU，同時可傳送CRC 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力；

　?、嶝搲禾匦裕弘娫礃O性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。

　　1.2 RS_232 串口通信標準

　　RS_232C 是美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）制定的異步串行通信中應(yīng)用最廣的標準總線。該標準適用于數(shù)據(jù)傳輸速率在0~20Kbps 范圍內(nèi)的通信，已成為數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE 與計算機和數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE 的接口標準，是PC 機與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。其工作電平規(guī)定如下：對于數(shù)據(jù)（邏輯“1”的電平低于-3V；邏輯“0”的電平高于+3V）。對于控制信號（“信號有效”的電平高于+3V，“信號無效”的電平低于-3V）。在實際工作中應(yīng)保證電平在±（3～15）V。其串行口的9 根針腳功能有其固定的定義。該設(shè)計中，只要用RXD 和TXD 兩條數(shù)據(jù)線即可。

　　1.3 AT89S52

　　AT89S52 是一款低功耗、高性能CMOS 工藝8 位微控制器，攜有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。與80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。使其能為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52 還含有：256 字節(jié)RAM、32 位I/O 口線、看門狗定時器、2 個數(shù)據(jù)指針、三個16 位定時器/計數(shù)器、一個6 向量2 級中斷結(jié)構(gòu)、全雙工串行口、片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0 Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保模式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。

　　1.4 LCD1602 顯示模塊

　　液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。目前字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應(yīng)用設(shè)計中最常用的信息顯示期間，LCD1602 液晶顯示模塊可以顯示兩行，每行16 個字符，其字符發(fā)生器ROM 中自帶數(shù)字和英文字母及一些特殊符號的字符庫，沒有漢字。利用LCD1602可以建立8 個6×8 點陣自定義字庫的特點。它采用單+5V電源供電，外圍電路配置簡單，價格便宜，具有很高的性價比。

　　LCD1602 的驅(qū)動方式有并口驅(qū)動和串口驅(qū)動兩種，并口驅(qū)動須占用單片機大量寶貴的I/O 接口；而串口驅(qū)動須在單片機的UART 接口空閑的基礎(chǔ)上。其主要功能如下：40 通道點陣LCD 驅(qū)動、可選擇當作行驅(qū)動或列驅(qū)動、輸入/輸出信號：輸出能產(chǎn)生20×2 個LCD 驅(qū)動波形；輸入接受控制器送出的串行數(shù)據(jù)和控制信號，偏壓（V1∽V6）、通過單片機控制將所測的頻率信號讀數(shù)顯示出來。