基于STC89C52單片機(jī)的溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計

摘要：為了檢測現(xiàn)場溫度，并直觀反映其變化趨勢，設(shè)計了基于STC89C52單片機(jī)的溫度檢測系統(tǒng)。利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集溫度信號，該信號送入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。實測結(jié)果表明，系統(tǒng)可靠性、測試精度及溫度趨勢曲線繪制達(dá)到設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞：STC89C52單片機(jī)；DS18B20；LCD12864(ST7920)；溫度檢測系統(tǒng)

0 引言
    在某些檢測領(lǐng)域?qū)⒈粶y溫度數(shù)字化顯示還不足以完全反應(yīng)其變化過程和變化規(guī)律，而繪制出趨勢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)場溫度，將其上傳給PC機(jī)繪制曲線。有鑒于點陣型圖形液晶顯示器成本逐年降低、顯示容量越來越大、工耗越來越小、而且可以方便地與單片機(jī)接口，本文設(shè)計了一種溫度檢測系統(tǒng)。利用DS18B20采集溫度，LCD12864(ST7920)液晶顯示器直接與STC8 9C52單片機(jī)接口，在LCD12864(ST7920)上顯示被測溫度和溫度曲線。

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

    STC89C52用于實現(xiàn)算法、是整個系統(tǒng)的主控核心；LCD12864用于顯示實測溫度、溫度曲線、時間和日期等參數(shù)；DS18B20用于溫度采集；鍵盤電路用于設(shè)定相關(guān)參數(shù)(上下限溫度值、時間)；報警電路用于溫度超限報警。

2 主要硬件設(shè)計
2. 1 STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)
    STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)由單片機(jī)，時鐘電路，復(fù)位電路組成。單片機(jī)系統(tǒng)如圖2所示。

    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。其主要參數(shù)為：時鐘頻率最高可達(dá)80MHz；內(nèi)置8 KB的FLASH ROM，512 B的RAM和2 KB的E2PROM；3個16位定時器／計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(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口硬件特點在其外部必須接上上拉電阻。
    時鐘電路采用內(nèi)部時鐘方式，為單片機(jī)系統(tǒng)提供時鐘信號。
    復(fù)位電路采用上電自動復(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)時間大于2個機(jī)器周期就能使單片機(jī)正常復(fù)位。
2．2 DS18B20數(shù)字測溫電路
    測溫電路的傳感器選用DS18B20數(shù)字式溫度傳感器，它具有特點為：可通過編程的方式實現(xiàn)9～12位的數(shù)字溫度直讀；測溫范圍為-55～125℃，最高12位分辨率，精度可達(dá)±0．5℃；可設(shè)置超限溫度報警，并有搜索命令識別報警條件；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)字測溫電路如圖3所示。

2．3 LCD12864顯示電路
    顯示電路是人機(jī)交互的核心，本系統(tǒng)需同時顯示實測溫度、上限溫度、溫度曲線，時間和日期，信息量大，故選擇點降圖形液晶顯示器LCD12864(ST7920)。
    LCD12864(ST7920)具有特性為：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128x64，內(nèi)置8 192個16x16點漢字，和128個16×8點ASCII字符集；接口方式靈活、簡單，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，實現(xiàn)顯示字符和圖形的功能。
    DDRAM模塊提供64×2個位元組的空間，最多可控制4行16字(64個字)的中文字型顯示，當(dāng)寫入顯示數(shù)據(jù)RAM時，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地址的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

    CGRAM模塊提供4組16×16點的自定義圖像空間，可以將內(nèi)部字型沒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DDRAM顯示在屏幕中。
    GDRAM提供64×32個字節(jié)的空間，實際可控制128×64點陣的二維繪圖緩沖空間。GDRAM的二維地址與液晶屏幕坐標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系如圖5所示。

2．4 其他電路
2．4．1 報警電路
    報警電路由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，觸發(fā)蜂鳴器工作從而實現(xiàn)報警。報警電路如圖6所示。

2．4．2 鍵盤電路
    鍵盤電路采用中斷和查詢相結(jié)合的方式設(shè)定溫度和調(diào)整時間。系統(tǒng)由4個按鍵組成，分別對應(yīng)溫度／時間設(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，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)，又能對按鍵進(jìn)行實時處理。鍵盤電路如圖7所示。

2．4．3 電源電路
    LM7805三端集成穩(wěn)壓器和濾波電容組成電源電路，為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定的工作電壓。電源電路如圖8所示。

3 軟件設(shè)計
    主程序流程如圖9所示。

3．1 液晶顯示器函數(shù)
    液晶顯示器的讀／寫數(shù)據(jù)和數(shù)字／字符、溫度顯示、曲線繪制和時鐘顯示等功能由驅(qū)動函數(shù)和界面顯示函數(shù)完成。
    驅(qū)動函數(shù)包括：
    
    界面顯示函數(shù)包括：
    
3．2 溫度采集函數(shù)
    啟動DS18B20溫度轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸必須嚴(yán)格按照其時序進(jìn)行，溫度采集函數(shù)包括：
    
3．3 主函數(shù)
    主函數(shù)包括初始化液晶顯示器，定時／計數(shù)器等模塊，而后調(diào)用溫度采集，界面顯示等函數(shù)。
    
    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測溫度(采樣的6個數(shù)據(jù)排序后去掉最大值和最小值再平均)，顯示實測溫度，繪制曲線，并判斷是否超限。

4 實驗
    系統(tǒng)實際運(yùn)行結(jié)果如圖10～圖13所示。

    左邊顯示包括：
    (1)“12／06／21”為陽歷日期，格式為年／月／日。
    (2)“16：59：09”為數(shù)字時鐘，格式為小時：分鐘：秒。
    (3)“S：30℃”代表設(shè)定的上限溫度；“<”，“=”，“>”代表上限溫度與實測溫度的大小關(guān)系。
    (4)“46．84℃”，“26．35℃”，“31．23℃”，“40．99℃”等代表實測溫度。
    圖中右邊為溫度曲線和上限溫度線。
    時間和溫度上限值可通過程序或鍵盤設(shè)定。
    實測溫度的誤差范圍(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。

5 結(jié)論
    利用點陣型液晶顯示器和單片機(jī)直接接口顯示被測溫度和繪制曲線，可以更直觀地反映其變化趨勢，為后續(xù)研究其變化規(guī)律奠定基礎(chǔ)。實際運(yùn)行表明，系統(tǒng)測試精度、曲線繪制、超限報警等功能達(dá)到設(shè)計要求，整個電路簡單實用，穩(wěn)定可靠。