基于μC/OS和51单片机的温度检测系统设计

刘永琦，曲鸣飞

（北京电子科技职业学院 机电工程学院，北京 100176）

1 总体设计方案

本次研究采用的主控制单元是美国STC公司生产的STC89C52，是一种性能非常高的微处理器，为51内核，然后利用51单片机组成温度检测系统。系统主要由报警模块、输入模块、通信模块、温度采集模块以及液晶显示模块构成。这一系统的功能主要包括以下几点：可以对当下环境温度进行准确检测；能通过四位八段LED数码管显示检测结果；能够传输检测到的温度数据，传输时主要通过串口（RS232协议）进行传送；可以设定温度的上下限，当设定的限定值超过一定数值时，第一时间进行声光报警。

2 硬件设计

2.1 主控单元

STC89C52的功能主要包含：256字节RAM，MAX810复位电路，片内晶振及时钟电路，全双工串行口，一个7向量4级中断结构，32位I/O口线，3个16位定时器/计数器，8 kB Flash，内置4 kB EEPROM。此外，可以将STC89C52降到静态逻辑模式，通过0 Hz进行操作，可以使用节电模式。当处于空闲状态时，会自动停止CPU的工作。如果是掉电保护状态下，会自动保存RAM内容，停止单片机的所有工作。本次设计选择STC89C52单片机，使用PDIP40进行封装。

2.2 温度DS18B20模块

美国DALLAS半导体公司研发的DS18B20属于可组网数字式温度传感器，内部采用在板（ON-BOARD）技术[1]。所有的转换电路和传感元件都在一只三极管电路内集成。单线接口的方式非常独特。微处理器和DS18B20进行连接时，只要使用一条口线，就能够完成DS18B20和微处理器之间的双向通信。DS18B20在使用中不需要外围元件。

这一设备的控制是由单片机STC89C52的I/O口P1.7完成的，如图1所示，其中DQ为数字信号输入/输出端，与单片机STC89C52的I/O口P1.7相连接。

图1 温度采集电路

2.3 LCD显示模块

1602液晶也被称为1602字符型液晶，最大的作用是将符号、数字、字母显示出来，属于点阵型液晶模块。它主要由多个5×11或是5×7的阵字符位组成，不同点阵字符位显示不同的字符。1602LCD是指内容显示的格式为16×2，即显示2行。每行的字符液晶模块有2个，主要是显示数字和字符。目前，市场上常见的字符液晶是HD44780液晶芯片，所以利用HD44780对程序进行控制具有非常广泛的应用范围[2]。

1602采引脚功能如下。

第1脚：VSS地接到GND。

第2脚：VDD接到5 V正电源。

第3脚：VL是液晶显示屏对比度的调整端，对比度最弱的状态是接正电源时。在对电源进行接地时，可以达到最高的对比度；如果对比度过高，会显示“鬼影”；使用时可以适当调整对比度，可以使用10 kΩ的电位器进行调节。

第4脚：如果是在高电状态下，应当选择数据寄存器；反之，要使用指令寄存器。

第5脚：RW在高电平时开展读操作，低电平只能进行写操作。如果两者都处在低电平，可以显示地址或是写入指令。当RS是低电平且RW为高电平时，可以进行读忙信号；反之，是写入数据。

第6脚：E端为使能端，液晶模块执行命令。第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。

想要控制LCD1602液晶屏，主要是通过单片机STC89C52的P2和P0部分实现。

2.4 RS232通信模块

本系统RS232串口通信固定接在单片机STC89C52的P3.0和P3.1口上，RS232串行通信接口芯片选择MAX3232，通信速率最高达1 Mb/s，只需4个电容就可以正常开展工作。内部结构主要有以下几部分组成。第一，电荷泵电路，主要由4只电容和6个脚组成，最大的作用是产生-12 V和+12 V的电源，满足RS-232串口电平需求。第二，数据转换通道，主要由7～13脚构成，其中11～13脚是第一数据通道，7～10脚是第二数据通道，这里采用第二数据通道。第三，供电。15脚DNG和16脚VCC（+5 V）。

RS232串口模块电路如图2所示。

图2 RS232串口模块

3 软件设计

基于μC/OS和STC89C52的温度检测系统，选择的操作系统为μC/OS-II，可以实时进行操作，将系统的总体功能划分为不同任务，利用完成多任务实现总体功能。设计程序时，选择汇编语言和C语言，编译软件使用的是Keil。

3.1 移植μC/OS-II系统

μC/OS-II开展移植工作，在硬件方面必须具备强大的功能。进行设计时，采用的处理器型号是STC89C52，能够有效满足当前的需要，主要内容如下：

（1）利用C语言开展处理器；

（2）指令集非常精简，能够把寄存器和堆栈指针读写到内存中，而且能够进行硬件堆栈；

（3）编译环境选择的是Keil，能够使代码重新录入。

采用编译器Keil和STC89C52处理器能够有效满足目前的使用需求，所以能够正常运行该系统。进行移植的过程中，采用的方式主要通过对以下几个文件进行修改，如OS_CPU_C.c、OS_CPU_A.asm和OS_CPU.h。此外，在OS_CPU_A.asm文件中编写任务切换等函数（汇编语言编写）。

3.2 程序设计

设计的程序总体主要包括6个任务，如图3所示。

（1）系统初始化设置，包括中断、时钟节拍定时器、DS18B20、LCD显示屏、系统硬件以及串口等。（2）温度采集任务，主要是采集和处理温度数据。（3）LCD显示任务，显示传送来的数据。

（4）按键任务，利用按键，有效设定温度的上下限值。

（5）报警任务，环境温度超出时自动报警。

（6）串口通信任务，将温度数传送到PC端，开展后续的工作。

图3 总体流程

4 结 论

随着我国经济实现了跳跃式发展，人们的生活水平有了很大提高，对各方面的要求越来越高。因此，在开展设计工作的过程中，把μC/OS-II移植到STC89C52，通过实时操作系统μC/OS-II设计系统软件，主要使用任务管理功能，相较传统系统优势明显，且大幅降低了开发系统的使用时间，提高了系统软件的可靠性，最大程度地保障了安全性能。通过严格全面的测试，设计的系统能够对当下环境的温度数据进行准确显示，可以应用于相关监测工作，且应用效果良好。