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1、制造科学与工程学院课程设计报告目录设计要求0引言1一、DS18B20型数字温度传感器工作原理11.DS18B20的特性12.DS18B20的内部结构13.DS18B20的工作时序23.DS18B20的存储器及测得的温度值34.DS18B20的命令4二、设计思路5三、硬件设计51.总体框图52.时钟振荡电路53.超温报警电路64.复位电路65.键盘电路76.显示电路8四、软件设计81.主程序设计82.传感器子程序103.键盘子程序144.显示子程序165.声明函数17五、 电路图仿真及封装19六、设计说明19七、设计心得20参考文献21数字式温度检测装置的设计设计目的无论在工业生产，还是日常生活
2、中，温度参数都是最重要和最常见的测量参数。集成温度传感器具有微型化、低功耗、高性能及抗干扰力强等优点，适用于多种温度测控系统。1.要求学生采用MCS-51系列单片机为核心器件，组成一个数字式温度检测装置，实现单点温度参数的检测。通过这一设计，了解集成温度传感器的性能特点，初步掌握微机化检测装置的设计方法，达到专业课综合训练的目的。2.要求学生复习 传感器、测控电路、单片机等专业课知识，训练综合所学知识解决实际问题的能力。技术要求1、单点温度检测范围：080；精度：0.5；2、温度传感器：DS18B20型可编程温度传感器 ； 3、利用三段LED数码管显示温度，两位整数，一位小数；4、具有键盘输入
3、上下限功能，要求超温后发声报警。设计说明书的具体要求1、根据设计任务要求， 确定总体设计方案， 画出系统组成框图；2、分析所选传感器的工作原理及性能特点；3、详细讨论各部分电路的实现方法和原理，计算相应的参数并确定所选元器件的型号； 4、选择合适的芯片，完成系统的接口电路设计； 5、完成题目的程序设计，提交程序设计框图及程序清单； 6、完成电路的PCB设计并绘出总的电路图。（选做）7、提交设计报告书。要求打印，并列出参考文献。设计说明书要求30005000字，必须自己完成；参考文献至少36篇（除参考书外）；各部分电路不能徒手画，不能通过扫描或粘贴完成。 8、设计报告书交稿时间: 1月13日上午
4、9:00 11:00 测控系 2014年12月引言温度是一个基本的物理现象，它是生产过程中应用最普遍、最重要的工艺参数1。温度传感器是现代工艺测试和工业过程控制中应用频率最高的传感器之一。当前，主要的温度传感器，如热电偶、热电阻及辐射温度传感器等的技术已经成熟，且各自都有优点。例如热电偶的可测温度范围最宽，而热电阻的测量线性度最优，热敏电阻的测量精度最高2。结合各种温度传感器的特点及设计要求，本次设计采用DS18B20型数字温度传感器。一、DS18B20型数字温度传感器工作原理1.DS18B20的特性DS18B20数字温度传感器是单总线器件，具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、移配微处理
5、器、线路简单等特点，可以直接将温度值转换为串行数字信号供处理器处理，特别适合多点温度测控系统。DS18B20产品的特点：（1）只要求一个端口即可实现通信，本设计采用P1.0端口通信；（2）在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号，适合多点温度测控；（3）实际应用中不需要外部任何元件即可实现测温，线路简单；（4）测量温度范围在-55至125之间；（5）数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择；（6）内部有温度上下限设置。2.DS18B20的内部结构DS18B20的内部结构如图一所示：主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B
6、20的引脚排列如图二所示，其中DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端。ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，他可以被看做是该DS18B20的地址序列码。每个DS18B20的64位序列号均不同。64位ROM的排列是：前8位是产品的家族码，接着的48位是DS18B20的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。ROM的作用是使用每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现在一根总线上挂接多个DS18B20的目的。3.DS18B20的工作时序DS18B20是在一根I/O线上读写数据，对读写的数据位有严格的时序要求，该协议定义了
7、几种信号的时序：初始化、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备，而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行些命令后，主机需启动读时序完成数据接收，数据和命令的传输都是低位在先。DS18B20的复位时序：主机把单总线拉低至少480，最多不超过960。之后释放总线，等待DS18B20应答。DS18B20接收到到复位脉冲后等待15至60发出应答脉冲。应答脉冲能保持低电平60至240。主机收到此信号表示复位成功。主机从发送完复位脉冲到再次控制总线至少等待480。DS18B20的读时序：对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1
8、时序两个过程。读时序是主机把单总线拉低之后，在15之内就得释放单总线，让DS18B20把数据传输到单总线上，DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60才能完成。DS18B20的写时序：对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同。当要写0时序时，单总线要被拉低至少60，保证DS18B20在15至45之间能够正确的采样I/O总线上的“0”电平，当写1时序时，单总线被拉低之后，在15之内就得释放总线。DS18B20传感器进行的功能操作是在发行命令的基础上完成的，上电后传感器处于空闲状态，需要控制器发送命令才能完成温度转换。对传感
9、器的功能操作的次序是首先完成对芯片内部的ROM操作，有5条操作ROM的指令可用于器件识别，他们分别是：Read ROM(33H)、Match ROM(55H)、Skip ROM(CCH)、Search ROM(F0H)、Alarm Search(ECH)。Read ROM用于读出DS18B20的编码（64位地址）；Match ROM：查找与给定64为ROM编码相匹配的DS18B20；Skip ROM：忽略64位ROM编码，适用于仅有1个DS18B20的场合，无需64位码就能快速选定器件；Search ROM适用于多个DS18B20的场合，该指令可识别出每个器件的编码；Alarm Search：
10、用于温度报警查询。3.DS18B20的存储器及测得的温度值DS18B20传感器具有9字节RAM，其中字节1、2用来存放当前测量的温度值，1为低8位，2为高8位；字节3、4用来存放预警温度的上下限，3为上限，4为下限，字节5用于配置寄存器，确定温度数据的位数，还有保留字节、CRC校验字节组成。DS18B20出厂时被设置为12位。温度的低位字节和温度的高位字节数据格式为：低位字节D3D2D1D0C3C2C1C0高位字节SSSSSD2D1D0当S=0时，T0T=64D+6+32D5+16D4+8D3+4D2+2D1+D0+1/2C3+1/4C2+1/8C3+1/16C0当S=1时，T0，值为补码。结
11、构寄存器内容用于确定温度值的数字转换分辨率。结构寄存器的数据格式和该字节各位意义如下：TMR1R011111TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，低5位一直都是1；R1和R0用来设置分辨率如下表：R1R0分辨率/位最大转换时间/ms00993.750110187.510113751112750高低温报警触发器TH和TL、配置寄存器均由一个字节的E2PROM组成。使用一个存储器功能命令可对TH、TL或结构寄存器写入。高速暂存器是一个9字节的存储器开始两个字节包含被测温度的数字量信息；第3、4、5字节分别是TH、TL、配置寄存器的临时
12、副本，每一次上电复位时被刷新；第6、7、8字节未用，表现为全逻辑1；第九字节读出的是前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。4.DS18B20的命令对DS18B20传感器RAM的操作指令有6条。分别为：Write(4EH)、Read(BEH)、Copy(48H)、Convent(44H)、Recall(B8H)、Read Power(B4H)。Write:写RAM存储器，随后的3个字节分别写入RAM字节3,4,5，预设报警温度的上下限值，配置寄存器，该指令必须在复位操作前完成；Read:读出RAM中所有9字节的数据，该指令可随时被复位操作所终止；Copy:将RAM区的3,4,5字节备份
13、至EEPROM；Convent:温度转换开始指令；Recall:将EEROM中的数据装入RAM；Read Power:读电源指令。对DS18B20的每一次操作均由4个步骤组成：（1）初始化（复位操作）；（2）对ROM操作指令（识别器件）；（3）对RAM操作指令（读、写、转换）；（4)收发数据3。DS18B20的功能命令如下：功能描述代码启动温度转换44H读取温度寄存器等BEH读DS18B20的序列号33H将数据写入暂存器的第2、3字节中4EH匹配ROM55H搜索ROMF0H报警搜索ECH跳过读序列号操作CCH读电源供给方式B4H二、设计思路选用MCS-51系列单片机中的AT89C51为主控制器
14、，外接输入上下限键盘、时钟振荡、电源、LED显示器、传感器、超温报警电路、复位电路。由键盘输入范围在0到80的温度上下限，单片机读取存储，温度传感器测量温度存储入单片机，再由LED显示电路显示温度，判断温度大小，当超出键盘输入的温度上下限时报警电路报警。三、硬件设计1.总体框图由于DS18B20温度传感器为数字温度传感器，即输出为数字信号，所以不需要A/D转换器。原理图如下：2.时钟振荡电路振荡电路和单片机内部的时钟一起构成了单片机的时钟电路。根据硬件电路的不同，连接方式分为内部时钟方式和外部时钟方式。在工程应用中，最常用的是内部时钟方式。如下图所示，单片机的两个引脚XTAL1、XTAL2分别接到石英振荡器的两端，与电容构成并联谐振电路。的大小振荡器频率、振荡器的稳定、起振的快速性。通常选择30pF左右，也可以在5到60pF之间选择。3.超温报警电路采用蜂鸣器报警，当温度超过所设置的温度上下限时，通过程序设计，使三极管导通，蜂鸣器发声，报警。下图是MCS-51单片机驱动蜂鸣器的电路图，由于蜂鸣器的驱动电流较大，所以使用三极管驱动。当单片机的对应口输出为高电平时，三极管截止，蜂鸣器两边没有电压差，不工作发声，否则发声。4.复位电路复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。复位电路分为高电平有效和低电平有效两种，本设计中采用
