基于单片机的多点定时温度采集与图形显示

! ! CNl2-1352/N实 验 室 科 学L B0RAT0RY SCIENCE第 16卷 第4期 2013年8月Vo1.16 No.4 Aug.2013基于单片机的多点定时温度采集与图形显示汤正新，刘 哲，方成栋(河南科技大学 物理与工程学院，河南 洛阳 471003)摘 要：本系统是基于STC单片机和单总线温度传感器 DS18B20组成的多点定时温度采集系统，并将采集的温度数据以图形和表格相结合的方式显示在液晶屏上。该系统结构简单、性能可靠、操作简便 ，是主要针对需要定时采集温度数据与观察温度变化曲线的热学实验而设计的。

关键词：STC89C54RDDS18B20；TFT液晶屏 ；EEPROM定时；图形显示中图分类号：TH85 文献标识码：A doi：10.3969/j.issn.1672-4305.2013.04.002Based on the singel chip microcomputer temperaturemore regularly collection and garphic display systemTANG Zheng-xin，LIU Zhe，FANG Cheng-dong(School of Physics and Engineering，Henan University of Science and Technology，Luoyang 47 1003，China)Abstract：This system is based on a multi-point timing of STC microcontroler，and a single bus tem-perature serlsor DS18B20 temperature acquisition system，and colected temperature data displayed onthe LCD screen on the combination of graphics and tables.The system has simple structure，reliableperformance，easy to operate，and iscused on the need to regularly collect temperature data and ob-servation of the temperature culTe of the therm al experiments。

Key words：STC89C54RDDS18B20；TFT LED；EEPROM timing；graphic display在很多热学实验中，需要根据采集的温度数据的变化曲线来初步判断测量的数据是否符合要求，或根据温度的变化曲线来控制实验变量。如果采用人工在坐标纸上手绘的方式，既费时费力又不准确。

现代实验中通常的做法是通过单片机采集温度数据，然后通过串口将数据发送给 PC，由 PC端软件绘出温度图形 J。但这种方法成本较高，对于 PC机也有点大才小用。随着单片机性能的提升以及液晶屏价格的下降 ，本文采用了-种由单片机直接控制液晶屏显示温度曲线的方案。

1 系统组成系统 组成 框 图如 图 1所 示。主控 芯 片位基金项 目：河南势技计划 (项 目编号：122102210427)；河南科技大学实验技术开发基金项 目计划(项目编号：SY1112023)。

Ds18 . 片8B2机主机图 I系统框图STC89C54RD，温度传感器采用美国Dalas半导体公司的单总线器件 DS18B20。因为热学实验中经常需要采集多点温度 J，为了增强系统的实用性，本系统使用了两路测温电路。显示部分使用了-块1.8寸的 TFT液晶屏，其分辨率为 160×128。输入部分共有四个按键，分别用于控制温度采集的开始及结束和数据显示的上下翻页。

汤正新，等：基于单片机的多点定时温度采集与图形显示 52 各单元拈设计2.1 温度测量电路设计测温电路采用单总线温度传感器 DS18B20。它具有抗干扰能力强、精度高、使用电压宽泛、体积小和电路简单等诸多优点 J。DS18B20可以程序设～ 18R，0 1 ～1R.R 0 2c - -- l0 o---. -SW .PB It-3-10IDBODB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7良110K122pF-丁 上口 Yj .1.-L22pFU1定 9～12位的分辨率，测量温度 范 围为 -55C～ 125 cI。由于储存 DS18B20-次采集的温度始终需 要 2Byte的数 据 空 间，所 以 本 系 统 中把DS18B20的分辨率设置成 12位。其电路图如图2所示 。

2.2 单片机主控电路及数据存储拈设计STC89C54RD是-款 51内核的高性价比、超强抗干扰的单片机 。最高时钟频率为 80MHz，内部程序存储空间16KB，数据存储空间1280字节，有很强的抗电磁干扰能力，内部集成看门狗电路。

而且内部还带有 EEPROM功能，STC89C54RD的数据EEPROM空间高达45K，而系统程序编译后仅仅也只有 5KB，16KB的程序存储空间已经完全够用。

因此本系统中不要添加外部存储电路来存储温度数据，仅使用内部的 45KB EEPROM1KB RAM就可以满足大多数数据存储的要求了，共可存储 23552个温度数据。

V C硎 ENs2 - - 图3 主控电路图传统 51单片机的片内 RAM寻址空间只有 256字节，所 以 STC89C54RD的 1280字节 RAM 中有1KB占用的是片外寻址空间。其访问速度比片内的256字节稍慢，且系统程序没有使用它们 。所以在本系统中把这 1 KB的RAM定义成-个数组作为温度数据存储用。由于它占用的是片外地址 ，所以在 Keil中要先用关键字 xdata声明后才能使用。其声明为：unsigned char xdata wd- data[1024]；另外的45KB EEPROM实际上是占用片内程序II GlqD寻址空间的数据 Flash。因此它只能以扇区为单元进行读写擦除等操作，每个扇区大小为512Byte。在本程序中没有直接使用它存储数据，而是把这45KB分成编号为0～44的45个区，每个区 1KB。当w0-data[]存满时，把 wd-data[]的数据转存到这45KB空间中，使用时再从相应区中读出并写到 wd-data[]。对应的两个存储和读券数原型为：void eeprom- W(unsigned char Num)；//写 1 KB到 Num区void eeprom- r(unsigned char Num)；//读 1 KB甓加-剪-粥- - - - - - - - - -勰- -C 0 3 4 A G N 3 c 叱 如 E的Ⅺ牡 D 吼D 2 0 2 3 4 5 6 7 T 如彻 德黧懑6 宴 室 科到 wd-dataSTC89C54RD还具有-个 16位的自动重装载初值定时器 ，系统中使用它的重装载功能实现了精确的表秒功能。具体实现方法如下：本系统采用24MHz晶振，每秒执行 2000000个机器周期。16位定时器 每次溢出时最多经过 65536个机器周期 ]。所以为了使定时最精确，要在 1-65536中选择-个最大的数，使 2000000是它的整数倍。由上述条件可以得出需要设定每秒中断32次，即每次定时 2000000/3262500个机器 周期。其 实现 程序如下：unsigned int T2 flag；//定义全局变量用于记录r2中断次数rI12ag0；//初始化变量RCAP2H(65536-62500)/256；//T2定时器赋初值RCAP2L(65536-62500)%256；//T2定时器赋初值ET21；//打开r2中断EA1；//打开总中断TR21；//开启定时器，并设置为自动重装载模式void T2- 1Sinterupt 5//T2定时器中断人口函数TF20；//T2中断标志位清零 T2 flag；//中断计数标志加 1主控电路如图3所示。

2.3 显示电路设计显示电路采用了-块 TFT屏，分辨率为 160×128，接口与传统 16管脚的1602液晶屏完全兼容，内部自带控制器，可使用 51单片机进行操作。其价格仅为分 128x64辨率率的STN屏的-半 J。因为本系统需要显示图形，分辨率不宜太低。综合价格及分辨率等关键因素之后 ，本系统采用了上述的TFT屏∮口电路如图4所示。

本系统的图形显示功能是先在屏幕上画出x-y直角坐标系，然后把数据转换成坐标并画在相对应的位置上，最后使用直线内插法画出图形。实现这个功能的核心是能够在屏幕上任意两点间画直线，在这里我们采用 Bresenham画线算法来实现这个功能。其函数原型如下：void LCD- DrawLine(unsigned short StartX，un。

signed shon StartY，unsigned short EndX，unsignedu4VCCRSE]DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7图4 TFT接口电路short EndY，unsigned int Color)冰的溶解热的实验显示效果如图5所示。

图 5 冰的溶解热数据显不2.4 按键设计系统共设置了 4个按键 ，分别是确认”、返回”、上-页”和下-页”。使用这些按键实现采集时间间隔和采集总时间的设置、采集开始、采集结束、数据显示切换和重新开始采集等功能。其电路图如图3所示。

4 结束语本系统省去了在实验中人工记录数据的繁琐，起到很好的辅助作用。且本系统结构简单，成本低廉，功能强大，针对不同实验的要求具有很强的扩展性。在各种需测温度的实验中有很好的应用前景。

(下转 10页)- - - - - - -如-- -"-M- -m 洲阱瑚 荽i嘲 蹦蹦啪卧腿l0 雾 室 科电机转 速控制系统 的动态模型分析及 预测控制功能。

通信功能的实现是应用 OPC工具箱实现与 OPC服务器问的通信 。在 OPC配置拈中指定服务器为$7200.OPCsever。OPC读、写工具拈分别用于客户端对服务器端的读写操作。在读、写工具拈各自的属性对话框中可以设置读写操作的对象，从而实现数据的传输。在本实例中设置读取的数据项包括给定值、测量值及实际控制输出值，写入的数据项为MATLAB控制输出，访问方式为异步访问。

3 结束语PLC是目前广泛采用的自动化仪表，也是我校自动化专业实验教学中的重要设备。综合性实验能够促进学生全面系统的掌握专业知识，锻炼其工程实践能力。PLC综合性实验的设计将两者相结合用于教学实践，以其交融性、灵活性及开放性的特点促进了实验教学水平的提高。在今后的实践中，可根据教学大纲的相关要求进-步深化、细化实验设计方案，以期获得更好的教学效果。