e4单片机S3F9454多通道温度检测模块的设计
2009正
第11期
仪表技术与传感器
Instrument Technique and Sensor
2009
No．11
基于单片机$3F9454多通道温度检测模块的设计
黎步银，沈茂盛，黄兆祥，张平川
(华中科技大学电子科技与技术系，湖北武汉430074)
摘要：介绍了采用8位单片机$3F9454和温度传感器DSl8820组成的多通道温度检测模块，给出了详细的硬件电路
图和软件流程图。该模块通过简单的硬件电路和软件设计，将传统的单路检测扩展为三路同时检测，并消除了实际运用
中的显示乱码和LED闪烁问题。实验结果表明：该模块不仅能准确测量和显示温度，而且体积小、成本低、实现容易。
关键词：单片机；$3F9454；温度传感器；温度检测
中图分类号：TP273 文献标识码：B 文章编号：1002—1841(2009)11—0059—03
Multiple Channels Temperature Measuring
Module Based on MCU S3F9454
LI Bu—yin，SHEN Mao—sheng，HUANG Zhao—xiang，ZHANG Ping—chuan
(Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China)
Abstract：A multiple channels temperature measuring module which mainly constituted by 8-bit MCU$31：9454 and tempera—
ture sensor DSl8820 was introduced，the detailed hardware circuit and software flow chat were also given．Through simple hard-
ware and software，this module extends traditional single channel to multiple channels．It eliminated display garbled and LED flick—
ering problems in actual use，The experiment result shows that this module can not only measure and display the temperature aCCH—
rately，but also has the characteristics of small volume，low cost and simple implementation．
Key words：MCU；$3F9454；temperature sensor；temperature detecting
0引言
温度检测与显示是一些应用电路的重要组成部分，传统的
温度检测多是单通道的，在同时测量多点温度时，则需要多个
温度检测装置，既浪费了能源，又增加了检测成本。文中设计
了一种应用范围广、通用性强的三通道温度检测与显示模块。
设计了3个温度检测通道，可以同时对3个不同的节点进行测
量与显示，节省了人力和物力，而且系统设计得比较灵活，工作
性能稳定。
1模块概述
模块主要由传感器和单片机组成，预期目标如下：
(1)整个设计包含3个温度传感器，测温时间可控，默认每
个温度传感器每1 min检测一次温度，5 min一次循环，然后将
得到的温度平均值显示在LED上，从而可以知道一段时间内的
平均温度；
(2)预设模块检测温度范围为一10—80℃．系统可以对所
测的温度进行判断，如果读取的温度在预设的温度范围内，温
度可以正常显示，否则系统将显示报警信息；
(3)可以实现开机自检、LED亮度调节和华氏温度与摄氏
温度相互转换的功能；
(4)系统可以手动复位，复位后MCU恢复至预设状态。
由于系统对功耗、体积和稳定性的要求，设计中选用了8
位单片机$3F9454作为控制核心，选用DSl8820作为温度传感
器。
收稿13期：2009—01—15收修改稿日期：2009—07—20
2硬件设计
图1为温度检测与显示的电路原理图，图中CONl、CON2、
CON3为3个插座，通过电缆外接数字温度传感器DSl8820。3
个插座之间相互独立，每个插座上的DSl8820可以任意取下或
装上，不影响其他传感器的正常工作。单片机通过PO．6、PO．7
和P2．6 3个端口与DSl8820进行1一Wire通信。通过设置相
应的端口寄存器，P0．6、P0．7和P2．6引脚既可以作为普通的L／
O I=I，又可以作为ADC输入?。所以，如果将DSl8820换成
NTC温度传感器，同时启动A／D转换功能，同样可以进行温度
测量，体现了该模块的灵活性和通用性。
该模块在进行PCB设计时，特别设有ISP下载接口【2J，这
样既方便应用程序升级，也可以根据用户的实际应用需求，修
改程序，实现不同的测温模式，而无需改动硬件电路。
显示电路由3个二位共阴极数码管构成，6个数码管采用
动态扫描方式驱动。为了增强单片机I／O El的驱动能力，在每
个LED的公共端都增加了一个NPN管作为电流放大器。
图1中发光二极管D。一D，分别表示3个通道的温度正负，
温度为负时相应的灯亮，为正时相应的灯灭。D。一D，显示华氏
温度与摄氏温度切换，以华氏温度显示时D5亮、D4灭；以摄氏温
度显示时D。亮、D，灭。由于实际需要，该模块设定的温度测量
模式为每1 min测温一次，测量后取平均值，每5 min一个循环，
取平均值的方式如表1所示。表1中，1。F=1．8。C+32。
3软件设计
3．1温度检测和显示程序
由于DSl8820对时序要求比较严格，所以通过在c程序中
万方数据
Instrument Technique and Sensor Nov．2009
嵌入汇编程序来实现精确地延时。
表1温度取平均值方式表
图1 温度检测与显示电路原理图
$3F9454作为总线控制器，对每个传感器均发出复位脉冲，
然后释放总线，进入接收状态。等待15—60斗s后"1，如果
$3F9454收到DSl8820发出的存在脉冲，则对相应的传感器发
出温度转换命令并读出温度值。在温度值处理程序中，单片机
把读出的摄氏温度值转换为华氏温度值，并对读取的温度值累
加求平均值，然后判断温度值是否在预设的范围内，从而给出
正确的显示。显示数据以表格的形式存储在ROM中，供扫描
程序和后续的温度值转换程序使用。其程序流程如图2所示。
3．2按键控制程序
如图1所示，系统中设有2个按键K，、K：，K。用来改变数
码管的扫描时间，实现数码管的亮暗调节；K：实现华氏温度与
摄氏温度显示的切换，默认显示华氏温度；另外在温度检测过
程当中，同时按下K．、K：超过5 s时，系统会自动复位，单片机
恢复至预设状态。由于K。、K：接在Po．1、P0．2端，在执行按键
控制程序前，必须重新置Po．1、P0．2为输入端，以便查询按键
操作。再设计程序时，通过延时的方法来消除按键抖动的影
响，确保整个系统的稳定性。
程序在运行过程中，不断的检测K。和K：的状态，从而改
变相应的中间控制变量，以查表的方式来实现对显示的控制。
其程序流程如图3所示。
圈温度检测和显示程序流程圈3按键控制程序流程图
3．3主控制程序
$3F9454已经内置RC振荡、看门狗定时器、A／D转换器，
并且为了减少电磁干扰源，使用其内部RC振荡器¨』。
在接通电源之前，同时按下K，、K：，再连接电源，系统就会
进入自检状态，按任一键清除。当定时时间到达时，单片机对3
个端口进行检测，如果收到DSl8820发出的存在脉冲，则立即
进行温度测量和显示；否则执行扫描程序。设计中通过定时器
中断来实现定时测量温度。
由于上电后，DSl8820存储器内默认温度值是85℃，因此
在进行温度转换之前，必须进行一次预转换，刷新DSl8820内
存储器的值，否则单片机第一次将读出寄存器中的默认温度
值。在程序运行过程中，也必须对DSl8820的状态进行监测，
判断DSl8820是否是在程序运行过程中插上插座，防止单片机
万方数据
第11期 黎步银等：基于单片机$3F9454多通道温度检测模块的设计 61
读出默认温度值从而显示错误信息。
主控制程序流程如图4所示。
图4主控制程序流程图
随着通道数的增加，特别是中断的引入，会增加每次更新
温度数据的时间。如果在中断处理程序中执行温度数据的读
取和显示，LED会有轻微的闪烁。在设计程序时，将温度数据
的读取置于中断服务程序外部；在中断服务程序中，只进行温
度数据的处理和显示，从而消除了LED的闪烁。
4结论
通过测试，该模块完全达到了预期的设计要求，系统工作
稳定。温度测量范围为一10—80℃，测量精度为I℃，通过改
进，可以达到更宽的测量范围和更高的测量精度。测量器件既
可以采用数字温度传感器DSl8820，也可以采用NTC热敏电
阻，只需对程序和电路稍加修改即可。温度传感器DSl8820采
用自制不锈钢封装，并以电缆线接出，适合不同的应用环境。
在单片机内部资源有限的情况下，实现了系统所需的各种功
能，程序设计合理，内部资源得到充分了的利用，节约了成本。
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化与仪器仪表，2006(5)：34～36，
作者简介：黎步银(1966一)，教授，主要从事仪器仪表等方面的研究。
Email：Libuyin@sohu．com
(上接第30页)
图3 DSP ZOOM—FFT的实现流程
DSP器件TMS320VC5410进行实现。实现的新型超声多普勒
管道流量测量系统可以动态显示流速、瞬时流量、累积流量、信
号强度等测量结果，较高的流速测量尤其是低流速测量的动态
响应能力以及稳定性，具有较好的推广和应用前景。
参考文献：
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作者简介：王明伟(1976一)，讲师，硕士，主要从事超声检测技术及DSP
应用研究。E-mail：sxxywmw@163．com
(上接第33页)码的开发是在TI公司的DSP集成开发环境
CCS2．2下采用汇编和c语言混合编程完成，这里就不作详细
介绍。
4结论
系统基于嵌入式软、硬件平台，结合GPRS无线通信模块，
实现了对电网三相电压、电流的有效值以及各次谐波分量、三
相不平衡度、有功功率、无功功率、功率因数等参数实时、远程
的监测。系统经济、稳定，具有广泛的应用前景。
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作者简介：冯俊青(1983一)，硕士，研究方向为嵌入式系统。
E-mail：walkky@gmail．com
万方数据
基于单片机S3F9454多通道温度检测模块的设计
作者： 黎步银， 沈茂盛， 黄兆祥， 张平川， LI Bu-yin， SHEN Mao-sheng， HUANG Zhao-
xiang， ZHANG Ping-chuan
作者单位： 华中科技大学电子科技与技术系,湖北武汉,430074
刊名： 仪表技术与传感器
英文刊名： INSTRUMENT TECHNIQUE AND SENSOR
年，卷(期)： 2009，""(11)
被引用次数： 0次
参考文献(4条)
1.Samsung Electronics Co Ltd S3C9454B/F9454B 8-Bit CMOS Microcontroller User's Manual 2004
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3.Dallas Semiconductor Corporation DS18B20 Datasheet 2008
4.孙晓松.马小静 基于单片机S3F9454的远程数据采集模块[期刊论文]-自动化与仪器仪表 2006(5)
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