基于89C51和DS18B20的温度采集系统设计

摘要：本系统是以89C51单片机为控制核心技术的温度采集控制系统，介绍了与DS18B20温度传感器组成温度采集系统的设计方案。本温度采集系统的下位机采用89C51单片机为主控制器，利用DS18B20温度传感器进行溫度测量，采用数码管进行显示，并通过串口将采集的数据传送到上位机(PC机)，通过上位机对温度进行集中监视和管理，解决了温度测量通常比较繁琐的问题，此测温系统实现了对温度数据的远程采集、处理、实时显示以及对溫度报表的管理。

随着时代的进步和发展，单片机已经普及到我们生活、工作、科研各个领域，而且温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中具有举足轻重的作用。所以，温度测控在工业领域具有广泛的应用，设计一种基于89C51单片机的温度测量系统的硬件结构具有价格低廉、精度高、微型化、抗干扰能力强、易扩展等一系列优点。在以单片机为基础的数据采集和实时温度控制系统中，通过计算机中的MAX-232接口进行计算机与单片机之间的命令和数据传送，就可以利用计算机对生产现场进行检测和控制。

1 系统的总体方案设计

本设计包括硬件和软件两个部分。系统的硬件部分大致可分为六部分：DS18B20、电源电路、显示电路、单片机最小系统、温度测试电路、串口通信电路，软件部分可分为两大部分：串口通信部分、VB数据处理与显示部分。系统的总体结构框图如图1所示。

2 系统的硬件方案设计

硬件电路作为整个系统运行的必要框架，是软件运行的结构基础，离开了硬件结构，整个系统需要实现的功能就无从谈起。此部分介绍了系统的整体硬件模块。经过任务分析。具体的硬件方案设计如下：本设计是以DS18B20为传感器、89C51单片机为控制核心组成的接口电路图。

2.1 温度传感器DS18B20

DS18B20温度传感器是美国DALLAS公司继DS1820之后推出的一种改进型和增强型单总线智能数字温度传感器。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。其具有适应电压范围更宽，独特的单线接口方式，支持多点组网功能，不需要任何外围元件，温度分辨力可编程，内部有温度上、下限警告设置优点。

2.2 单片机最小系统设计

由单片机以及时钟电路和复位电路构成了单片机的最小系统。

1)单片机

本设计使用的是美国ATMEL公司的89C51单片机，该型号单片机功能强大，价格低廉，可以灵活应用于各种控制领域。89C51是一种带4 k字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。单片机系统是本温度测控系统的核心部件，包括时钟电路和复位电路的设计。

2)时钟电路和复位电路

单片机内部的振荡电路是一个高增益反相放大器，XTAL1脚和XTAL2脚分别构成内振荡器的反相放大器的输入端和输出端，外接石英晶振或陶瓷晶振以及补偿电容C1、C2构成并联谐振电路。在本硬件系统设计中，为保证串行通信波特率的误差，选择了11.059 2 MHz的标准石英晶振，电容C1、C2为30pF。

单片机的复位是靠外部电路实现的。单片机工作后，只要在它的RST引线上加载10 ms以上的高电子，单片机就能够有效地复位。复位后，P0到P3并行I/O口全为高电子，其它寄存器全部清零，只有SBUF寄存器状态不确定。

2.3 电平转换和串口通信电路的设计

1)电平转换

单片机的PC机与单片机之间的通信需通过RS232串口来实现，因为232电平与单片机输出的TTL电平不兼容，本次系统通过MAX232芯片实现TTL电平与RS232电平的转换。MAX232芯片是包含两路接收器和驱动器的RS232电平转换芯片，适用于各种232通信接口。芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5 V电源电压变换成RS232输出电平所需的±10 V电压。所以采用此芯片接口的串行通信系统只需要单一的+5 V电源即可。

2)串口通信

串口通信是计算机与外围设备之间进行信息交换的一种方式，是指数据一位一位的按顺序在一根信号线上进行传输的通信方式。串行通信有两种基本工作方式：异步传送和同步传送，本系统中采用异步串行通信方式来实现单片机与PC之间的通信。89C51有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和计算机之间可以方便地进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件，比如计算机的串口是RS232电平的，而单片机的串