基于单片机的仓库多点温度采集系统.doc

摘要 本课题设计的是基于单片机的仓库多点温度采集系统，温度是生产过程和科学实验中普遍且重要的物理参数 。在生产中，为了高效生产，必须对生产过程中的主要参数，如温度、压力、流量、速度等进行有效的控制。其中温度在生产过程中占有相当大的比例。准确有效地测量、采集、控制温度是优质、高产、低耗和安全生产的主要条件。 目前在我国许多大棚、仓库等需要温度控制的单位仍采用测温仪器与人工抄录、管理相结合的传统方法，这不仅效率低，还易出错。采用单片机与数字温度传感器等可构成温度采集系统，运用先进的思想，设计一种可以用于大规模多点温度采集系统。将极大地提高工作效率和测量、采集、控制结果的准确性。 单片机是一种集CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统等部分于一体的器件，只需要外加电源和晶振就可实现对数字信息的处理和控制。单片机由于其微小的体积和极低的成本，而广泛的应用于家用电器、工业控制等领域中。多点温度采集系统是利用温度传感器DS18B20检测温度，并由单片机处理显示。 本设计利用AT89C51单片机为处理器，结合温度采集电路、键盘电路、显示电路、报警电路等实现对多点温度的实时检测与显示。通过设计实物，对系统存在的问题进行了分析和总结，并提出了改进措施。实验证明：该信号采集系统性能稳定，采集精度高，具有极高的性价比。关键词：单片机；DS18B20；温度采集；单总线 ABSTRACT This topic is the design of multipoint temperature acquisition system based on SCM warehouse, temperature is a common and important physical parameters in the production process and scientific experiments. In production, in order to efficient production, must be the main parameters of production process, such as temperature, pressure, flow, speed of effective control. The temperature has quite large proportion in the production process. Accurately measuring, acquisition, control of temperature is the main condition of high quality, high yield, low consumption and production safety. At present, in our country a lot of greenhouse, warehouse temperature control units are still using the traditional method of temperature measurement instrument and manual copy, the combination of management, this is not only inefficient, but also easy to make mistakes. Using SCM and digital temperature sensor can be formed into a temperature acquisition system, using the advanced thought, a design can be used in large-scale multipoint temperature acquisition system. Will greatly improve the work efficiency and measuring, acquisition, control the accuracy of the results. Single-chip is a device which consists of a set of CPU, RAM, ROM, I/O interface, interrupt system and other parts. You only need external power supply and clock then the digital information processing and control can be achieved on. Because of the small scale, low price and high efficiency of MCU, it is widely used in home appliances and industrial control. Multi-channel temperature acquisition system is used temperature thermometer DS18B20 to detect the temperature, process and display by the single-chip. This design uses AT89S52 as microprocessor to realize design goal this design including temperature gathering circuit, keyboard circuit, display circuit, alarm circuit etc. to achieve the temperature detection and the display. To introduce the problems during the debugging are analyzed and summarized, some measure about the system improvement are proposed.The result of experiments indicated that signal sampling system has good performance, high precision, and has a very high pertormance-to-price ration.Key words: MCU；DS18B20；temperature acquisitio； unibus 目录1 绪论11.1选题背景11.2 本设计国内外状况11.3本设计的任务和主要内容22 系统总体设计32.1系统概述32.2 系统工作原理分析33 系统的硬件设计43.1 温度采集系统的开发过程43.2 单片机的最小系统设计43.2.1 单片机的选型43.2.2 AT89C51的性能及应用53.2.3 时钟电路设计73.2.4 复位电路设计83.3温度采集接口电路设计93.3.1 DS18B20简介93.3.2 DS18B20与单片机的接口设计133.4 显示器与键盘电路的设计143.4.1 显示电路设计143.4.2 键盘电路设计173.5 报警电路设计174 多点温度采集系统的软件设计194.1 主程序流程设计194.2 程序设计及巡检子程序设计204.3巡检键盘及数码管多通道显示224.4 温度报警程序设计255 总 结26参考文献27致 谢28附录A 多点温度采集系统电路图29附录B DS18B20温度测量、采集程序30 1 绪论本设计主要设计一种仓库多点温度采集检测系统，采用目前低价位但技术十分成熟的AT89C51单片机作为内核，选用DS18B20作为温度传感器，送到显示器循环显示所测的四路温度数值，并根据现场工业需要，设置了一定范围的报警值，报警优先显示，利用按键消除报警。可用按键查看某一路的温度值，查看时数据采集不中断。软件算法上采用了直接拟合的方法（通过电压-温度关系来计算温度值），符合课题要求。本课题构成的多点温度系统具有结构简单、价格低廉、测量精度高、量程宽的特点，在很多场合具有一定的适用性。1.1选题背景目前在我国许多大棚、仓库等需要温度，温度是工业、农业对象中主要的被控参数之一，在各个种类的企业中应用广泛的各种加热设备、反应炉设备等都需要严格的控制温度。随着时代的进步，科技的发展，各行各业对于温度采集系统的要求也在不断提高以达到设备环境、生产流程的安全要求，也越来越成为温度采集系统的几个重要指标。随着集成电路技术的越来越快、越来越大规模化的发展，由于单片机具有体积小、功能强、性价比高等优点，基于单片机开发出来的一系列采集、控制系统也逐渐受到广泛关注。采取单片机作为核心，可完成对温度的采集要求。所以基于单片机的多点温度采集系统被广泛应用于很多工业过程控制中，使产品既提高了产品的功能和质量，又降低了成本，简化了设计。采用单片机设计的多点温度采集系统，可进行温度检测、采集及显示，对于提高生产效率，节约能源、资源都有非常重要的作用。1.2 本设计国内外状况二十世纪七十年代单片机的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑，单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。在不断的完善通用操作系统的过程中，单片机在数据处理，模拟仿真，人工智能等得到了广泛的应用。单片机目前以8位机为主流，不断增强控制能力，降低成本，减小体积，改善开发环境，以空前的速度迅速而广泛地取代经典电子系统。温度是表征物体冷热程度的物理量，是国际单位制中7个基本物理量之一，它与人类生活、工农业生产和科学研究有着密切关系。随着科学技术的不断提高，温度测量采集技术也在不断的发展着。温度采集是过程控制中的重要课题，各行业对高性能的温度采集系统的需求也在日益增加。在温度采集方面各国均取得了许多可喜的成果，其中前苏联的压石英频率温度计分辨能力可达0.0001摄氏度，而且在-40230摄氏度范围内温度与频率的线性特性；我国生产的石英温度传感器分辨率达到0.0001摄氏度，误差在0.05摄氏度以内。国内的温度控制仪发展经历了三个阶段：第一阶段为动圈式控温仪，显示精度差，升温速度和加热时间设定都不能自动控制；第二阶段为数字式控温仪，精度有所提高，但控制精度低，反应不灵敏；第三阶段为智能型控温仪，带有特有的程序，控制精度高，减少了误差。虽然温度的采集方法有很多种，但在很多情况下，对于一些特殊条件的温度测量来讲，想要的到精确的结果并不容易，需要熟练掌握各种测量方法的原理及特点，同时结合设计要求才能完成。与此同时，还需探究新的采集方法，改进以前的技术，以满足不同条件下的温度采集需要。1.3本设计的任务和主要内容如何基于AT89C51对4点温度进行采集的具体要求，有以下几点：（1）选用哪种传感器将温度信号转化为电信号；（2）单片机外围硬件的电路设计；（3）内部程序的编写。在温度采集系统中我们经常用到集成型温度传感器，集成型传感器可以达到较高的精度，在集成型温度传感器的使用过程中，由于采用的单总线传输方式进行对远距离的多点温度进行检测，故在程序的控制上较复杂。新型温度传感器DS18B20具有体积小、精度高、使用电压宽采用一线总线等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。用四只DS18B20同时采集4点温度。AT89C51单片机P3.7接口接单线总线。单片机有一个全双工的串行通讯口，单片机与电脑之间能更好地进行串口通讯。2 系统总体设计2.1系统概述根据设计要求的性能指标，本系统不仅要满足一定精度的温度采集的基本功能，而且由于测量的点数为4点，还存在多点信号的循环显示问题，还要考虑温度超限报警输出的功能，同时系统还具有显示当前各点的测量温度值的功能和键盘选择显示点数的功能。2.2 系统工作原理分析 在测温系统中我们常常用到集成型温度传感器，集成型温度传感器可以达到较高的精度，在集成型温度传感器的使用过程中，由于采用的单总线传输方式进行对远距离的多点温度进行检测，所以在程序的控制上比较复杂。在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。根据本课题的设计目标以及硬件的特点，本系统的总体设计框图如图2-1所示4位LED显示 AT89C51报警电路 DS18B201 时钟电路 DS18B202 DS18B203 键盘电路 DS18B204 图2-1总体设计框图 3 系统的硬件设计一个温度采集系统,包括被采集信息的采集、转换、显示等环节，在本多点温度采集系统设计中，包括CPU的选型以及包括显示电路、存储器、报警电路、电源电路等设计。3.1 温度采集系统的开发过程本设计中以DS18B20为传感器、AT89C51单片机为控制核心组成的多点温度测试系统。用4只DS18B20同时测控4点温度（视实际需要还可扩展通道数）。由于每片DS18B20含有唯一的硅串行数，所以在一条总线上可挂接多个DS18B20芯片。从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息，仅需要一根口线（单线接口）。读写及温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。DS18B20提供9位温度读数，构成多点温度检测系统而无需任何外围硬件。处理时，将DS18B20信号线与单片机一位口线相连，单片机可挂接多片DS18B20，从而实现多点温度检测系统。由于DS18B20只有三个引脚，其中两根是电源线VDD和GND，另外一根用作总线DQ(Data In/Out)，由于其输出和输入均是数字信号且与TTL电平兼容，因此其可以与微处理器直接进行接口，从而省去了一般传感器所必需的中间转换环节。3.2 单片机的最小系统设计3.2.1 单片机的选型目前，生产单片机的厂商有很多，尤其是近年来微电子技术、计算机技术的飞速发展，比较著名的有Intel、Philips、Microchip、Motorola、Zilog、Atmel等半导体企业。在上述著名的半导体企业产品中，尤其在工业测控场合，运用较多的为Intel公司的MCS-51系列，Microchip公司的PIC系列，如果作单路温度测量，恐怕要选择该系列的CPU，但由于本系统涉及的是多路，各路报警的输出信号需要单独输出，而且考虑信号调理电路的切换等还需要不少的控制线，因此该系列的少引脚特点就不适合本设计的需要，因此，本设计还是选用了ATMEL最新的8位单片机AT89C51作为本系统的CPU。下面简单地介绍一下AT89C51。3.2.2 AT89C51的性能及应用本设计采用美国ATMEL公司的AT89C51单片机，其内部含有可重复编程的Flash存储器，可进行1000次擦写操作，故在开发过程中可以十分容易进行程序的修改，大大缩短了开发周期。AT89C51是一种低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。如图3-11、 AT89C51主要特性 与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000次擦/写循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz24Hz 三级程序存储器锁定 128*8位内部RAM 32条可编程I/O线 两个16 位定时器/计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 图3-1AT89C51 引脚图 2、 主要管脚说明 VCC：供电电压 GND：接地 P0 口：P0 口为一个8 位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当FLASH 进行校验时，P0 输出原码，此时P0 外部必须被拉高。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出4 个TTL 门电流。P1 口管脚写入1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收输出4 个TTL 门电流，当P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并且作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是 由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16 位地址外部数据存储进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容.P2 口在FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口：P3 口管脚是8 个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4 个TTL 门电流。当P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（IIL）这是由于上拉的缘故。P3 口为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（计时器0外部输入） P3.5 T1（计时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）3.2.3 时钟电路设计本设计采用内部时钟方式来为系统提供时钟信号。时钟电路通常由晶震控制芯片、电容和晶体震荡器组成。时钟电路是用来产生AT89C51单片机工作时所需要的时钟信号。一般时钟设计有两种形式：内部时钟和外部时钟。AT89C51单片机内部有一个高增益反响放大器，它用来构成振荡器。此放大器有两个引脚，一个是的输入引脚XTAL1，另一个是输出引脚XTAL2，这两个引脚跨接晶体振荡器和用于微调的电容，目的是用来构成一个自激励振荡器。如图3-2时钟电路，晶体振荡器的频率范围一般在1.2MHz和12MHz之间，单片机的运行速度会受到晶振频率的影响，因此晶振频率的选择很重要。晶振的起振频率有两个，一个是11.0592MHZ，另一个是12MHZ，本设计的AT89C51单片机采用的是12MHz。通常电路中的电容C1和C2的值都取为30PF。电路对外接电容的值尽管没有明确的要求，然而电容的晶体振荡器频率会受到电容大小的影响，以及振荡器的稳定性和起振的快速性都会受到影响。为了减少寄生电容，晶振和电容应该与单片机芯片安装时尽可能的靠近，以确保振荡器稳定，可靠地工作。本设计使用NPO电容，原因是它的温度稳定性比较好。时钟电路如图3-2所示。图3-2 时钟电路3.2.4 复位电路设计 为了使系统能够从正确的初始状态开始工作，就必须在启动单片机的时候对单片机复位。对电源+5V而言，电容C3和电阻R3构成了微分电路。对于上电复位，上电以后，复位电路通过电容使RST持续一段时间的高电平，如果RST能够持续充足时间的高电平，系统就有足够的时间复位，那么就实现了系统复位的可靠性。但是，电容的充电时间决定了RST端持续高电平的时间。随着电容充电的完成，RST端变成低电平。如图3-3所示。对于手动按钮复位，它是通过手动操作按键来给RST一个高电平，这种复位方式可以满足设计的要求，原因是，手动按键的时候总是有一个过程，在这个时间段内，系统能够有足够的时间复位。图3-3中：C105=10uf，R21=10k图3-3 复位电路3.3温度采集接口电路设计本设计中以DS18B20为传感器、AT89C51单片机为控制核心组成的多点温度测试系统。用4只DS18B20同时测控4温度（视实际需要还可扩展通道数）。由于每片DS18B20含有唯一的硅串行数，所以点在一条总线上可挂接多个DS18B20芯片。从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息，仅需要一根口线（单线接口）。读写及温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。DS18B20提供9位温度读数，构成多点温度检测系统而无需任何外围硬件。处理时，将DS18B20信号线与单片机一位口线相连，单片机可挂接多片DS18B20，从而实现多点温度检测系统。由于DS18B20只有三个引脚，其中两根是电源线VDD和GND，另外一根用作总线DQ(Data In/Out)，由于其输出和输入均是数字信号且与TTL电平兼容，因此其可以与微处理器直接进行接口，从而省去了一般传感器所必需的中间转换环节。3.3.1 DS18B20简介DS18B20是美国Dallas半导体公司推出的第一片支持"一线总线"接口的温度传感器。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理。DS18B20 特点如下：硬件接口简单，性能稳定，单线接口，仅需一根口线与MCU连接无需外围元件；由总线提供电源；测温范围为-55125；精度为0.5；9位温度读数；A/D变换时间为200ms；用户自设定温度报警上下限，其值是非易失性的；报警搜索命令可识别那片DS18B20超温度限。（1）DS18B20的引脚介绍TO92封装的DS18B20的引脚排列见图3.1，其引脚功能描述见表3-4。表3-4 DS18B20详细引脚功能描述序号名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。3VDD可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。 图3-5 DS18B20的管脚排列（2）DS18B20的产品特点1） 只要求一个端口即可实现通信。2） 在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。3） 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。 4） 测量温度范围在55到125之间。 5） 数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。6） 内部有温度上、下限告警设置。 7）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在一根三线上，实现多点测温8） 负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 DS18B20的工作原理是：DS18B20采用3脚PR-35封装，其中 GND为地；I/O为数据输入/输出端（即单线总线），该脚为漏极开路输出，常态下呈高电平；VDD是外部+5V电源端，不用时应接地；DQ为空脚。图3-4所示为DS18B20的内部框图，它主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器（内含RAM），用于存储用户设定的温度上下限值的TH和TL触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码（CRC）发生器等七部分。如图3-6 DS18B20所示： 电源检测存储器控制逻辑温度传感器高温度触发低温度触发64位ROM和单线借口存储器8位CRC触发器图3-6 DS18B20内部结构图DS18B20的一线工作协议流程是：初始化ROM操作指令存储器操作指令数据传输。其工作时序包括复位时序、写时序和读时序，如图3-4，3-5，3-6所示。由于DS18B20采用的是1Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89C51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。 由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。DS18B20的复位时序 图3-7 DS18B20的复位时序 DS18B20的读时序对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。对于DS18B20的读时序是从主机把单总线拉低之后，在15s之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60s才能完成。图3-8 DS18B20的读时序DS18B20的写时序对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。图3-9 DS18B20的写时序 对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60s，保证DS18B20能够在15s到45s之间能够正确地采样I/O总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15s之内就得释放单总线。LSB设置清除斜率累加器比较预置低温度系数振荡器高温度系数振荡器计数器计数器=0=0温度寄存器预置停止加1图3-10 DS18B20测温原理框图DS18B20的温度测量原理如下：DS18B20测量温度时使用特有的温度测量技术，其测量电路框图如图3-8所示。内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲计数，低温时振荡器的脉冲可以通过门电路，而当到达某一设置高温时，振荡器的脉冲无法通过门电路。计数器设置为-55时的值，如果计数器到达0之前，门电路未关闭，则温度寄存器的值将增加，这表示当前温度高于-55。同时，计数器复位在当前温度值上，电路对振荡器的温度系数进行补偿，计数器重新开始计数直到回零。如果门电路仍然未关闭，则重复以过程。温度表示值为9bit，高位为符号位。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。3.3.2 DS18B20与单片机的接口设计温度采集是工业生产经常遇到的问题。本设计中以DS18B20为传感器AT单片机为控制核心组成的多点温度测试系统。用4只DS18B20同时测控4点温度（视实际需要还可扩展通道数）。本系统采用四位共阳极数码管动态显示温度，系统设有上下限报警电路。该控制系统的功能如下： （1）温度控制得设定范围为0125，最小分辨率为0.5。 （2）实时显示当前温度，可以单通道也可以循环显示。 （3）命令按键5个：通道0通道3按键，巡检键，。3.4 显示器与键盘电路的设计 基于DS18B20的多点温度采集，共模拟了4点温度，具有各点温度采集功能，通过按键设置也可以监控某一通道的温度,还设置报警温度，具有越限报警功能。SW1SW4通道0通道3报警， XUNJIAN为巡检键,关闭进入巡检模式。 在本系统中，由于该温度计还要进行信息的实时显示，所以设计了LED显示电路。LED显示器采用8段发光二极管。共阳极LED显示器的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压。该电路由晶体管（NPN）、显示器（共阳极LED）和电阻构成。3.4.1 显示电路设计 电子设计中常用的输出显示设备有两种：数码管和LCD。数码管是现在电子设计中普遍使用的一种显示设备，每个数码管由七个发光二极管按照一定的排列结构组成，根据七个发光二极管的正负极连接不同，又分为共阴极数码管和共阳极数码管两种，选择的数码管不同，程序设计上也有一定的差别。数码管显示的数据内容比较直观，通常显示从0到9中的任意一个数字，一个数码管可以显示一位，多个数码管就可以显示多位，在显示位数比较少的电路中，程序编写，外围电路设计都十分简单，但是当要显示的位数相对多的时候，数码管操作起来十分烦琐，显示的速度受到限制。 液晶显示屏具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，用户可以根据自己的需求，显示自己所需要的、甚至是自己动手设计的图案。当需要显示的数据比较复杂的时候，它的优点就突现出来了，并且当硬件设计完成时，可以通过软件的修改来不断扩展系统显示能力。外围驱动电路设计比较简单，显示能力的扩展将不会涉及到硬件电路的修改，可扩展性很强。不足之处在于其价格比较昂贵，驱动程序编写比较复杂。 由于本设计所需要显示的内容比较简单，只包括现场温度值、温度限定值以及PID系数的显示，所以本系统的数据显示设备采用LED数码管。设计中采用4位共阴极LED静态显示方式，选用7段显示数码管。显示内容有温度值的千位、百位、十位、个位。由于单片机不能直接驱动数码管显示，所以必须在单片机与LED164之间加上74LS164，它的管脚图如图3.11所示。图3.11 74LS164管脚图A和B为74LS164的串行输入端；QA-QH为74LS164的并行输出端；CLK是串行时钟输入端；CLR是串行输出清零端；VCC：+5V；GND：接地端。74LS164功能如表3.2所示。表3.2 74LS164功能表输 入输 出 清除时钟ABQAQBQHLLLLHLQA 0QB 0 QH 0HHHHQAnQGnHLLQAnQGnHLLQAnQGnLED显示器的管脚如图3.12所示，其中a-g段用来显示数字或字符的笔画，dp显示小数点，9引脚作为公共地。一英寸以下的的LED数码管内，每一笔段含有一只LED发光二极管，导通压降为1.2-2.5V；一英寸及以上的LED数码管的每一笔段由多只LED发光二极管以串、并联方式连接而成，笔段导通电压与笔段内包含的LED发光二极管的数目、连接方式有关。在串联方式中，确定电源电压VCC时，每只LED工作电压通常以2.0V计算，例如4英寸7段LED数码显示器LC4141的每一笔段由四只LED发光二极管按串联方式连接而成，因此导通电压应在7-8V之间，电源电压VCC必须取9V以上。 图3.12 LED数码管显示器 数码管结构有共阴极和共阳极之分。本设计采用的是共阴极数码管。共阴极公共端接地，高电平有效（灯亮），共阴极数码管内部发光二极管的阴极(负极)都联在一起，此数码管阴极(负极)在外部只有一个引脚。 LED显示电路如下图3.13所示。图中的P3.1和P3.2分别连接到单片机的P3.1和P3.2引脚，作为时钟输入端和数据端口。 图3-13 显示电路3.4.2 键盘电路设计基于DS18B20的多点温度采集，共模拟了4点温度，具有各点温度采集功能，通过按键设置也可以监控某一通道的温度,还设置报警温度，具有越限报警功能。键盘电路如图3-14所示。图3-14 键盘电路3.5 报警电路设计在单片机采集温度发生低于或超出所设定的温度时，单片机系统能相应发出提醒。本次设计采用蜂鸣器。蜂鸣器可用AT89C51的I/O口线通过设置PNP的饱和截止驱动蜂鸣器发声,当I/O口线发出具有一定的低电平信号,即可使蜂鸣器报警。报警电路如图3-15所示。 图3-15 报警电路4 多点温度采集系统的软件设计4.1 主程序流程设计如图4-1所示： 开始初始化扫描键盘是否有键按下？采集温度是否为单通道显示？显示温度值并且过温度报警循环显示并且过温度报警结束YNYN图4-1 主程序框图 (1) 采用模块程序设计。(2) 采用自顶向下的程序设计。 (3) 外部设备和外部事件尽量采用中断方式与CPU联络,这样既便于系统模块化, 也可提高程序效率。 (4) 近几年推出的单片机开发系统, 有些是支持高级语言的,如C51与PL/M96的编程和在线跟踪调试。 (5) 系统的软件设计应充分考虑到软件抗干扰措施。4.2 程序设计及巡检子程序设计程序处理是整个系统的关键，即简洁的硬件结构是靠复杂的软件来支持的。多个器件挂在一条总线上为了识别不同的器件，在程序设计过程中一般有四个步骤：初始化命令；传送ROM命令；传送RAM命令；数据交换命令。由于已经在上面获取了多个DS18B20的ROM代码并在AT89C51单片机内部的E2PROM中建立了测量位置点和传感器64位ROM代码之间的关系表，因此对多个温度的巡回测量流程图如图4-2所示。 开始始 复位DS18B20发出搜索ROM的命令读在