基于DS18B20的溫度測量系統(tǒng)設計

陳偉軍　唐軍　李清

摘要：本文以DS18B20和MSP430單片機為核心，設計了溫度測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用LCD12864作為顯示設備。溫度傳感器DS18B20和MSP430之間通過One-Wire技術進行數(shù)據(jù)傳輸，將其檢測到的溫度信息傳送給單片機，單片機接收并處理信息后，將當前溫度顯示在LCD12864上。

關鍵詞：溫度測量 MSP430 DS18B20

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0183-03

1 研究背景

物體的溫度是一個反應物體基本屬性的一個物理量。在實際生產中，經常遇到實時測量溫度的情況。在使用儀器對溫度進行測量時候，總是選擇一種在一定溫度范圍內隨溫度變化的物理量作為溫度的標志，根據(jù)所依據(jù)的物理定律，由該物理量的數(shù)值顯示被測物體的溫度。電學溫度測量分為模擬量測量和數(shù)字量測量，常見的模擬量中有熱電偶測溫、電阻測溫和半導體熱敏電阻測溫，這一類模擬量直接測量與溫度相關的物質屬性，再經過電學轉換，將測得的模擬轉變?yōu)閿?shù)字量，進而得到具體的溫度值，而另一類傳感器，經過IC設計公司的設計，直接通過MCU與傳感器進行數(shù)字通信，得到所測量的溫度。

2 系統(tǒng)設計

系統(tǒng)主要由LCD12864液晶顯示、MSP430單片機、DS1B820溫度傳感器構成，溫度采集通過單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集得到溫度數(shù)據(jù)，MSP430F149作為MCU從溫度傳感器讀取數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)進行判斷然后做出相應處理后，利用LCD12864完成液晶顯示，系統(tǒng)結構圖如下圖1所示。

從圖1中可以看出，整個系統(tǒng)的設計分為四個部分：MSP430單片機小系統(tǒng)設計、DS18B20溫度傳感器設計、液晶LCD12864顯示設計和電源設計。

3 系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)主要由單片機小系統(tǒng)，溫度傳感器、LCD12864構成，因此硬件設計也按上述幾個部分進行設計。

3.1 MSP430小系統(tǒng)設計

MSP430小系統(tǒng)設計主要包括單片機MSP430F149時鐘電路與復位電路設計，時鐘部分是采用晶體振蕩器實現(xiàn)。單片機采用兩個時鐘的輸入，一個32KHz的時鐘信號，一個8MHz的時鐘信號。復位電路實現(xiàn)對系統(tǒng)復位的功能，單片機最小系統(tǒng)圖如圖2所示。

從圖2中可以看出，單片機電路作為整個系統(tǒng)的核心控制部分，主要完成與其他電路的接口，從而獲得數(shù)據(jù)進行處理，將處理的結果傳送至液晶LCD12864進行顯示。

3.2 溫度傳感器DS18B20設計

溫度傳感器采用美國DALLAS公司生產的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20來采集溫度數(shù)據(jù)，該傳感器有很多優(yōu)點，可把溫度信號直接轉換成串行數(shù)字信號供微機處理。由于每片DS18B20含有唯一的硅串行數(shù)，從DS18B20讀出的信息或寫入DS18B20的信息，僅需要一根線（單線接口）如圖3所示。

3.3 LCD12864設計

顯示系統(tǒng)采用LCD12864液晶屏顯示，傳輸方式有兩種：當PSB接高電平時選用并口傳輸方式，接低電平時選用串口傳輸方式。本設計是采用的PSB接高電平并口方式顯示。D0-D7用來顯示數(shù)據(jù)， RS/CS 、RW/SID和 E/CLK是用來控制選通狀態(tài)。這樣的方式既能滿足該系統(tǒng)的要求，也便于觀察當前的溫度值。

4 軟件設計

4.1 溫度傳感器DS18B20軟件設計

系統(tǒng)通過DS18B20溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)，并對采集來的數(shù)據(jù)進行處理和判斷后送給MSP430F149。系統(tǒng)先對DS18B20初始化，再進行操作命令，在最后的存儲操作中，數(shù)據(jù)操作DS18B20的每一步都必須嚴格遵循工作時序和通信協(xié)議，MCU控制DS18B20完成溫度轉換這一過程，DS18B20 時序圖如圖4所示。

當單片機把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉到邏輯低電平的時候，寫時間隙開始。有兩種寫時間隙：寫1 時間隙和寫0 時間隙。所有寫時間隙必須最少持續(xù)60μs，包括兩個寫周期間至少1μs 的恢復時間。

I/O 線電平變低后，DS18B20 在一個15μs 到60μs 的窗口內對I/O 線采樣。如果線上是高電平，就是寫“1”，如果線上是低電平，就是寫“0”，如圖5所示。

4.2 液晶LCD12864軟件設計

當PSB腳（串/并口選擇）接高電平時，模塊將進入并口模式，在并口模式下可由指令DL FLAG 來選擇8位或4位接口，主控制系統(tǒng)將配合（ RS、RW、E、DB0..DB7 ）來達成傳輸動作。

圖6圖7分別給出了MCU與LCD12864通信的讀、寫時序。

從上圖6圖7可以看出，MCU對LCD12864的讀、寫是通過R/W來確定的，R/W=1時，表示讀操作，R/W時，表示寫操作。E為使能信號，高電平有效，RS為0或者1則表示是對數(shù)據(jù)還是對指令進行操作。

4.3 系統(tǒng)流程

主程序主要是將各個模塊進行協(xié)調處理和實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。主程序首先完成初始化，初始化后進入循環(huán)處理，在循環(huán)過程中主處理獲得采集模塊的數(shù)據(jù)，井將數(shù)據(jù)進行處理，處理后在LCD12864上顯示溫度值。主程序的設計包括各端口和時鐘的初始化操作，之后是While（）循環(huán)，此循環(huán)實現(xiàn)的是動態(tài)顯溫度值。

5 系統(tǒng)調試

按上述設計，我們設計了相應的PCB，焊接好元件后，進行了功能測試，實踐證明，上述設計是正確的，系統(tǒng)實物圖如圖8所示。