基于89C52的温控系统的设计

徐丽丽 杨 风 李 健

（中北大学信息与通信工程学院，太原 030051）

0 引言

温度是生产过程和科学实验中非常普遍而又十分重要的物理参数。在工业生产过程中，为了高效地进行生产，必须对生产工艺过程中的主要参数，如温度、压力、流量、速度等进行有效的控制，其中温度控制在生产过程中占有相当大的比例。准确地测量和有效地控制温度是优质、高产、低耗和安全生产的重要条件。而且在我们的日常生活中也使用微波炉、电烤箱、电热水器、空调等家用电器，温度与我们息息相。可见温度控制电路广泛应用于社会生活的各个领域，所以对温度进行控制是非常有必要和有意义的。

1 温控系统的硬件设计

1.1 温控系统的设计方案

本文设计的温控系统是以89C52单片机为核心，智能温度传感器DS18B20为控制对象，用七段数码管显示当前室内温度，当当前室内温度高于20摄氏度时，发光二极管就会点亮报警。美国DALLAS半导体公司推出的数字化温度传感器DS18B20采用单线协议，即与单片机接口仅需占用一个I/O端口，无需任何外部元件，直接将环境温度转化成数字信号，以数字码方式串行输出，从而大大简化了传感器与微处理器的接口。鉴于DS18B20比传统的模拟温度传感器有很多优点，本文采用的温度传感器正是DS18B20。

1.2 DS18B20与89C52单片机的硬件连接

DS18B20与89C52单片机的硬件连接图是用仿真工具画的。从图1可以看出，DS18B20和单片机的连接非常简单，单片机只需要一个I/O口就可以控制。Vcc管脚接+5V电压给传感器供电。I/O管脚与89C52单片机的P2.2引脚相连，GND管脚接地。温度传感器DS18B20将被测温度转化为数字信号。显示模块由3个共阴极的七段数码管组成。所有数码管的阴极，即标有a，b，c，d，e，f，g，h的引脚全部连接在一起，然后与U1元件74HC753锁存器的数据输出端相连，锁存器的输入端连接单片机的P0口，P0口同时加上了上拉电阻。数码管中的WE1，WE2，WE3是它们的位选端，每一个数码管对应一个位选端，与U2元件74HC573的数据输出端相连，U2的数据输入端也连接到单片机的P0口。两个锁存器的锁存端与单片机的P2.6和P2.7相。报警模块由一个发光二极管构成。发光二极管一端接电源，并连接1k欧姆的电阻限流，另一端受单片机的P1.0脚控制。当测得的温度高于20时，发光二极管会点亮进行报警。这个系统的工作是在程序的控制下，完成对传感器的读写和对温度的显示。

图1 基于89C52的温度测控系统硬件连接图

1.3控制器对DS18B20的操作流程

1.3.1 初始化

图2 初始化时序图

结合图2的时序图，可以得知，DS18B20的初始化过程：给DS18B20单总线至少480微秒的低电平信号，当接收到此复位信号后，则会在15~60微秒后回发一个芯片的存在脉冲。至此，通信双方已经达成了基本的协议，接下来将会是控制器与DS18B20间的数据通信。

1.3.2 控制器发送ROM命令

ROM指令有5条，每一个工作周期只能发一条，ROM 指令分别是读ROM数据（33H）、指定匹配芯片（55H）、跳跃ROM（CCH）、芯片搜索（F0H）、报警芯片搜索（ECH）。本文设计的温控系统只接了单个DS18B20芯片，因此可以跳过ROM指令（注意：此处指的跳过ROM指令并非不发送ROM 指令，而是用特有的一条“跳过指令”）。

1.3.3 控制器发送存储器操作命令

存储器操作指令有6条，分别是写RAM数据（4EH）、读RAM数据（BEH）、将 RAM 数据复制到 EEPROM（48H）、温度转换（44H）、将EEPROM中的报警值复制到 RAM（B8H）、工作方式切换（B4H）。存储器操作指令的功能是命令DS18B20 做什么样的工作，是芯片控制的关键。

1.3.4 控制器处理数据

写时间隙分为写“0”和写“1”，时序如图3。在写数据时间隙的前15微秒，总线需要是被控制器拉置低电平，而后则将是芯片对总线数据的采样时间，采样时间在15 ~60 微秒，采样时间内如果控制器将总线拉高则表示写“1”，如果控制器将总线拉低则表示写“0”。每一位的发送都应该有一个至少15 微秒的低电平起始位，随后的数据“0”或“1”应该在45 微秒 内完成。整个位的发送时间应该保持在60 ~120 微秒，相邻两个写时隙必须要有至少1微秒的恢复时间，否则不能保证通信的正。

图3 写数据时序图

读时间隙也是必须先由主机产生至少1微秒的低电平，表示读时间的起始。随后在总线被释放后的15微秒中DS18B20 会发送内部数据位，这时控制器如果发现总线为高电平表示读出“1”，如果总线为低电平则表示读出数据“0”。每一位的读取之前都由控制器加一个起始信号。注意：如图4 所示，必须在读间隙开始的15微秒内读取数据位才可以保证通信的正确。

图4 读数据时序图

若要读出当前的温度数据需要执行两次工作周期，第一个周期为复位、跳过ROM指令、执行温度转换存储器操作指令、等待500 微秒温度转换时间。紧接着执行第二个周期为复位、跳过ROM指令、执行读RAM 的存储器操作指令、读数据。

2 温控系统的软件设计

2.1 系统程序流程图

2.2 温控系统的部分软件设

2.2.1 DS18B20的初始化函数

2.2.2 读写一个字节数据函

2.2.3 读取温度并计算函数

3 结论

图6 实验测试结果

根据图6（1）（2）所示，早晨测得室内的温度是18.8度，旁边的第一个发光二极管没有亮；快接近中午时，测得的温度是20.4度，旁边的发光二极管点亮报警。本设计的目的是当室内温度高于20度时点亮二极管报警。很明显，该设计的方案是成功的。

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