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1、设计内容：用单片机、温度传感器等器件实现温度采集,设计安排：1.硬件设计。介绍单片机、温度传感器、 显示电路等相关原理与知识； 2.软件设计。 3.用PROTEUS软件对硬件系统进行仿真； 4.两人一组做实物。,温度采集系统的仿真效果图,温度采集系统的元器件清单,相关知识点的介绍：,一. 温度传感器DS18B20,1-wire Bus(单总线)数字温度传感器芯片DS18B20是美国Datlas半导体公司（现已并入MAXIM公司）于20世纪90年代新推出的一种串行总线技术。该技术只需要一根信号线（将计算机的地址线、数据线、控制线合为一根信号线）便可完成串行通信。单根信号线，既传输时钟，又传输数据
2、，而且数据传输是双向的，在信号线上可挂上许多测控对象，电源也由这根信号线供给，所以在单片机的低速（约100kbps以下的速率）测控系统中，使用单根总线技术可以简化线路结构，减少硬件开销。,NC：空引脚，悬空不用。 VDD：可选电源脚，电源电压范围35.5V，当器件工作 在寄生电源时，此引脚必须接地。 DQ（4脚）：数据输入输出脚。漏极开路，常态下高电平。 GND:电源地,1. 三种封装： （1）采用3引脚TO-92的封装形式 （2）采用6引脚TSOC封装形式 （3）采用8引脚SOIC封装形式,2. DS18B20内部结构图 :,64位ROM的结构,(2). 温度传感器。 温度传感器是DS18B
3、20的核心部分，该功能部件可完成对温度的测量。通过软件编程可将55125C范围内的温度值按9位、10位、12位的转换精度进行量化，以上的转换精度都包括一个符号位，因此对应的温度量化值分别为0.5C、0.125C、0.0625C，即最高转换精度为0.0625C。 以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。,DS18B20温度值格式表 （高5位为符号位，低12位为二进制数值位）,（DS18B20出厂时被设置为12位）,转换后得到的12位二进制数据，存储在DS18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位。 如果测得的温
4、度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1（即求补）再乘于0.0625即可得到实际温度。 例如：+125的数字输出为07D0H， +25.0625的数字输出为0191H， -25.0625的数字输出为FF6FH， -55的数字输出为FC90H。,DS18B20温度数据表,(3). 高速缓存器 DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度TH、低温度触发器TL和配置寄存器中的信息。 高速暂存器RAM是一个连续8字节的存储器，前两个字节是测得的温度信息
5、，第1个字节的内容是温度的低8位，第2个字节是温度的高8位。第3个和第4个字节是高温触发器TH、低温触发器TL的易失性复制，第5个字节是配置寄存器的易失性复制，以上字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第6、7、8个字节用于暂时保留为1。,温度值分辨率设置表,(4). 配置寄存器,配置寄存器结构,低五位一直都是1 ，TM是测试模式位（出厂时该位 被设置为0，用户不必改动），用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率。,3. DS18B20的测温原理,低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小,用于产生固定频率的脉冲信
6、号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变,所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在- 55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,计数器1的预置将重新被装入,计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正计数器1的预置值。,系统对DS18B20的操作协议为： 初始化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发
7、存储器操作命令处理数据,4.DS18B20的ROM命令：,二. MCS-51单片机,单片机SCM(Single Chip Microcomputer)，即Microcontroller，是把微型计算机主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。主要包括了微处理器(CPU)、存储器(ROM, RAM)、输入/输出口(I/O口)和定时器/计数器、中断系统等功能部件。单片机自70年代出现以来，已经有了很大的发展，被广泛应用于机械、测量控制、工业自动化、智能接口和智能仪表等许多领域。,1. MCS-51单片机的引脚图：,2. MCS-51单片机的内部结构图：,（2）时钟电路引脚XTAL1和XTAL2
8、 XTAL1(18脚)和XTAL2(19脚)：接外部晶体和微调晶体。在89C51中，它们分别是震荡电路反向放大器的输入端和输出端，震荡电路的频率就是晶体固有频率。,（1）电源引脚Vcc和Vss Vcc(40脚)：电源端，+5伏 Vss（20脚）：接地端,（3）. 控制引脚信号RST,ALE,PSEN和EA RST/VpD(9脚)：RST是复位信号输入端，高电平有效。此引脚的第二功能是VpD，即备用电源的输入端。 ALE/PROG(ADDRESS LATCHENABLE/PROGRAMMING（30脚)：地址锁存允许信号端。上电后，此端不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡频率fosc的1/6。C
9、PU访问片外存储器时，ALE输出信号作为所存低八位地址的控制信号。,PSEN (PROGRAM STORE ENABLE，29脚)：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引脚接EPROM的OE端。PSEN端有效时，即允许读出EPROM/ROM中的指令代码。 EA/Vpp(ENABLE ADDRESS/VOLTAGE PULSE OF RAMMING，31脚)：外部程序存储器地址输入端/固化编程电压输入端。当输入信号EA引脚接高电平时，CPU只访问片内EPROM/ROM并执行内部程序存储器中的指令，但是当PC超过0FFFH时，将自动转去执
10、行片外程序存储器中的内容。当输入信号EA引脚接低电平时，CPU只访问外部EPROM/ROM并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否具有片内程序存储器。此引脚的第二功能Vpp是对片内EPROM固化编程时，作为施加较高编程电压的输入端。,（4）. 输入/输出端口P0,P1,P2和P3 P0口（P0.0-P0.7,39-32脚）：一个8为准双向I/O端口。当P0口作为输入口使用时，应首先向锁存器（地址80H）写入全1，此时P0口的全部引脚悬空，可作为高阻抗输入。在CPU访问片外存储器时，P0口分时提供低8位地址和8位数据的复位总线。 P0口的地址/数据分时使用分两种情况：一种是用作输出地址/数据总线
11、，另一种是由P0口输入数据。而且P0口作I/O输出时，输出级属开漏电路，必须接上拉电阻，才有高电平输出。 P1口、P2口（P1.0-P1.7,1-8脚；P2.0-p2.7,21-28脚）：都是上拉电阻的8位准双向I/O端口。每一位可以驱动4个LS型TTL负载。在访问片外EPROM/ROM时，P2口可以输出高8位地址。 P3口（P3.0-P3.7,10-17脚）：P3口是一个带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口。P3每一位都能驱动4个LS型TTL负载。P3口的引脚还具有第二功能。,P3口线的第二功能入下表所示,3.单片机的晶振电路：,4.单片机的复位电路：,三、显示电路,h,a,g,d,b,c,
12、e,f,数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高
13、电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。,1.数码管的分类,共阴极，需1驱动,共阳极，需0驱动,2. 等效电路：,3. 字形代码与十六进制数的对应关系,数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5840根I/O端口来驱动，要知
14、道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个。），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 ,4. 数码管的驱动方式, 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。 在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。,软件设计 程序流程图,
