自建ISP编程器的DS18B20温度报警显示控制系统

电子设计 2018-10-10 5243

描述

1 系统的组成

　　系统主要由单片机、温度报警模块、液晶显示模块、时钟模块、ISP编程器和键盘模块等组成，如图1所示。

温度传感器

2 系统原理

　　首先通过ISP编程器将程序下载到单片机系统中，利用温度报警，液晶显示和时钟模块，通过键盘控制或人工控制实现实时的温度报警控制显示，实现人机交流。

2.1 数字温度传感器DS18B20

　　DS8B20可由用户设置温度报警界限，在使用过程中，可由一根I／O数据线既供电又传输数据。它的核心是一个直接数字化的温度传感器，可将-55℃～+125℃之间的温度值按9、10、11、12位的分辨率进行量化，与之对应的温度增量值分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃，器件上电后的默认值为12位的分辨率。

2.2 液晶显示模块YXD1602

　　此模块将LCD控制器、驱动器、RAM、ROM和LCD显示器整合在一块PCB板上，YXD1602为兼容的液晶显示模块，支持5×7点阵和2行×16字符两种模式，背光亮度和显示对比度可调。这种模块使用简单方便，用户只要向LCM送入相应的命令和数据就可实现所需要的显示内容，并且它与单片机接口也很简单。

　　与数码管相比，液晶显示具有功耗低、抗干扰能力强等有优点，因此被广泛地应用在仪器仪表和控制系统中。

2.3 时钟芯片DS1302

　　DS1302是一款涓流充电的时钟芯片，内含有一个实时时钟／日历和31字节静态RAM，实时时钟／日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过AM／PM指示决定采用24或12小时格式DS1302与单片机之间能简单地采用SPI同步串行的方式进行通信，仅需用到三根信号线：RES(复位)，I／O(数据线)，SCLK(同步串行时钟)。时钟／RAM的读／写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW。

3 硬件的总体设计

　　本系统因无外接存储RAM，所以各外接器件与单片机AT89S8252的通信均采用I／O口访问方式。端口分配如下：P0.0～P0.7以及P2.5～P2.7被液晶显示模块YXD1602A占用；P2.0～P2.2被时钟芯片DS1302占用；P2.3口为温度传感器的数据数据输入输出口；P2.4为报警发光二极管占用；P1.0～P1.3为按键接口；P1.5～P1.7三个SPI串行外部接口在下载程序时使用。图2为硬件电路原理图。

温度传感器

　　单片机AT89S8252的P0.0～P0.7是“准双向口”，当它们作为外部输入线，也就是读引脚时，要先通过指令，把端口锁存器置1，然后再实行读引脚操作，否则就可能读入出错。因本设计中PO 口作为I／O 口使用，所以在它与YXD1602A连接时需外加上拉电阻。具体设计时使用了4.7kΩ的阻排。

　　对于液晶显示模块YXD1602的引脚3，即液晶显示驱动电压引脚，可根据实际需求接地或接一个电位器，经过试验本系统中接了一个20kΩ的电位器，可以调节驱动电压。对于它的引脚16，即背光源正极，可接一个100 Ω的电阻到电源，亦可直接接到电源。本设计中直接将它接到电源正极，因接100Ω时亮度不够。

　　P2.0～P2.2被时钟芯片DS1302占用，囚DS1302是SPI接口部件，所以只需三根线即可实现通信，使用时在它的引脚8接了一个3.6V的镍铬电池，作为备份电源，它采用外部品振，要求为32.768kHz。

　　P2.3口是温度传感器DS18B20的单总线接口，DS18B20可通过总线窃取电源，但在实际应用中还是使用了外接电源。因外接电源时，我们可以在总线上挂接多个测温节点。

4 ISP编程器的设计

　　利用单片机SPI接口的在线串行编程功能和计算机的打印机接口可以制作ISP(In-System Programming)编程器，使用ISP编程器通过3个SPI引脚、计算机的打印机接口和相应的编程软件就能将程序下载到芯片中去，这样就为我们节省了购买价格昂贵的烧录器和编程器的费用。下载器的硬件原理如图3所示。

　　计算机打印机接口(LPT)是一个并行接口，通常我们认为它只有输出功能，是用来连接计算机和打印机并输出数据到打印机的。实际上，LPT端口同时具有输入功能，它也可以作为并行输入的接口。表1为LPT端口各个引脚功能。

温度传感器

　　需要用电缆连接计算机的打印机接口和编程器。计算机打印机接口是DB25母头，编程器与计算机的打印机接口连接端需使用DB25公头。

　　按照图3发计编程器，引脚2与12、引脚3与11分别短接；引脚6与SPI接口的SCK信号线相接；引脚7与SPI接口的MOSI信号线相接；引脚9与单片机的RST信号线相接；引脚10与SPI接口的MISO信号线相接；最后，引脚18～25全部接地。

　　同时，为了缓解并行口状态线过火的灌电流，在计算机打印机接口和单片机SPI接口之间用74HC244做缓冲。

　　按照图3设计编程器，并辅以相应的驱动软件PonyProg2000，就可以将目标程序下载到单片机中，从而达到编程的功能。利用 PonyProg2000编程后，有一个编程校验过程，可以确保程序正确完整地写入单片机。

温度传感器

5 系统的软件设计

　　系统的软件设计，使用单片机C51语言，采用模块化程序设计方法，使得程序结构清晰，同时也便于今后进一步扩展系统功能。软件部分包括：主程序、液晶显示子程序、温度传感器子程序、时钟子程序，键盘子程序等。主程序流程图如图4所示。温度传感器子程序流程图如图5所示。

温度传感器

　　首先，需进行程序的复位，接着是LCD的初始化工作。因为液晶显示器是一个慢显示的器件，所以在运行显示程序前必须进行初始化，否则液晶显示模块无法正常显示。进入启动画面后，需进行中断的设置，包括一个定时中断和一个外部中断，外部中断优先级高。然后初始化时钟，初始化温度计后就进行温度的采集，采集时判断是否中断运行中断处理程序。

6 结束语

　　本系统制成PCB，经实际调试系统能够正常高效得达到所需要求。通过单片机对各功能模块的控制，可以实现将当前温度、时间通过LCD显示出来。同时系统在设计时留有充分的扩展作量，只需要加一些简单的模块就可以轻松的实现语音及报警控制。经实际应用，此系统有很好的实用价值。系统的3D图如图6所示，具休硬件实物如图7所示。

　　主要特点：(1)采用先进的技术，设计合理，系统整体结构简单、操作方便、功耗低、测量精度高，实时性好。(2)系统的软硬件设计都采取了抗干扰措施，保证在干扰环境下都能够正常工作。(3)数字温度传感器的应用，以及LCD显示都使得系统界面直观，操作简单。(4)系统扩展方便，可以轻松扩展其他功能。

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