DS18B20温度报警器的设计--

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1、河南工程学院 单片机原理及应用 课程设计 DS18B20 温度温度报警器报警器的设计的设计 学生姓名： 学 号： 学 院： 专业班级： 专业课程： 单片机原理及应用 指导教师： 2018 年 01 月 12 日 课程设计成绩评定标准及成绩课程设计成绩评定标准及成绩 序号 评审项目 指 标 满分 评分 1 工作态度 遵守纪律， 学习认真； 作风严谨， 踏实肯干； 善于与他人合作。 5 2 工作量 按期圆满完成规定的任务， 难易程度和工作 量符合要求；完成硬件电路设计 10 分，完 成仿真调试 20 分。 20 3 出勤情况 全勤：10 分 10 分 有迟到、早退、请假现象：8 分 旷课 1 天：

2、2 分 旷课 2 天及以上：0 分 4 设计、实验 方案 控制要求详细，变化多样，能自主设计程序 实现自己的控制要求，想法独特。能灵活运 用相关专业知识，有较强的创新意识，有独 特见解，设计有一定应用价值。 30 分 5 实验技能 动手能力强，能独立完成接线及编程工作， 能解决设计及实验过程中出现的问题。 10 分 6 小组表现 注重团队合作，在小组中表现突出，对设计 方案的制定及选取起主要作用， 在实验操作 过程中，承担主要执行者。 5 分 7 设计报告质 量 报告结构严谨合理；文理通顺，技术用语准 确， 符合规范； 图表完备、 正确， 绘图准确、 符合国家标准； 。 20 分 总 分 评语

3、： 等等 级级： 评阅人评阅人： 职称职称： 日期日期： 2018 年年 月月 日日 1.系统总体设计方案系统总体设计方案 温度报警器的系统组成如图 1 所示。 温度报警系统由： 温度传感器 DS18B20、 微控制器、数码管显示器、蜂鸣器和报警灯等主要电路组成。 图 1 系统组成框图 温度传感器选用 DS18B20 一线制温度传感器，实现对温度信号的采集；微 控制器采用最常用的 AT89S51 系列单片机作为系统控制器，对温度传感器设置、 温度读取、温度数据的显示；蜂鸣器实现声音报警提示；报警灯采用两组发光二 极管电路实现高低温报警指示，当温度超限时，对应的报警灯发光。 2.2.硬件系统设计

4、与分析硬件系统设计与分析 综合考虑系统成本，选用以下元器件组成电路，电路原理图如图 2 所示。 1 2 3 4 A B C D E F G Dp 5 6 A B C D E F G Dp 1 2 3 4 5 6 7 8 7 8 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.

5、6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U1 AT89C51 C1 30pF C2 30pF C3 10uF X1 12M R1 1k R24.7k 91.0 DQ 2 VCC 3 GND 1 U2 DS18B20 A0 2 B0 18 A1

6、 3 B1 17 A2 4 B2 16 A3 5 B3 15 A4 6 B4 14 A5 7 B5 13 A6 8 B6 12 A7 9 B7 11 CE 19 AB/BA 1 74LS245 D1 高温报警 D2 低温报警 R3 220 R4 220 本程序将报警温度设为高: 70 低: -20 R6 10k R5 220 图 2 电路原理图 显示电路由八位共阳型数码管组成；驱动电路采用 74LS245 驱动数码管显 示器；温度传感器采用 DS18B20 单线制温度传感器；声音报警电路使用蜂鸣器； 光电报警电路使用两路发光二极管实现高温、低温报警。 （1）显示电路 显示电路采用两个四位一体共

7、阳型数码管组成， 如图 3 所示。显示方式采用 动态扫描方式，驱动电路由 74LS245 提供驱动电流。P0 口送出数码管八位段选 码，位选码由 P2 口送出至 74LS245，74LS245 为数码管提供驱动电流。 1 2 3 4 A B C D E F G Dp 5 6 A B C D E F G Dp 1 2 3 4 5 6 7 8 7 8 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6

8、 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 5 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 14 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U1 R2 U2 A0 2 B0 18 A1 3 B1 17 A2 4 B2 16 A3 5 B3 15 A4 6 B4 14 A5 7 B5 13 A6 8 B6 12 A7 9 B7 11 CE 19 AB/B

9、A 1 74LS245 图 3 显示电路 （2）时钟电路 时钟电路如图 4 所示， 时钟电路是控制器必不可少的主要电路，系统主频采 用 12MHz 晶体振荡器，外加连个 30pF 瓷片电容，瓷片电容中间接地，瓷片电 容的作用是为了让晶振电路快速起振。 这三个元件配合内部已有的时钟电路为单 片机提供工作的振荡节拍信号。 XTAL2 18 XTAL1 19 U1 C1 30pF C2 30pF C3 X1 12M 图 4 时钟电路 （3）复位电路 复位电路如图 5 所示， 单片机在开始运行程序前必须进行复位操作，复位的 作用使单片机内部的特殊功能寄存器 （SFR） 处于确定的状态为运行程序做准备，

10、 在复位后端口为高电平。复位的条件是让 RST 复位引脚保持高电平至少 2 个机 器周期，当晶振为 12MHz 时，单个机器周期为 1us 时间，复位电路由 RC 电路 组成，复位过程即 RC 电路的充电过程，电解电容选用 10uF，R1 为 10k，R6 为 220，当运行中出现陷入死循环情况时，可按下按键重新实现复位操作，使系统 重新回到原来的状态。 XTAL2 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 30pF C3 10uF R1 1k R5 220 图 5 复位电路 （4）光电报警电路 光电报警电路如图 6 所示， 高温、低温光电报警电路由两路发光二级电路组 成，当温度超

11、限时，对应的控制引脚设置为低电平，发光二极管点亮指示，220 欧姆电阻起限流的作用。 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 AT89C51 D1 高温报警 D2 低温报警 R3 220 R4 220 图 6 光电报警电路 （5）声音报警电路 声音报警电路如图 7 所示， 蜂鸣器采用有源蜂鸣器，当有电流驱动时发出报 警声音，单片机作为微控制器对外的驱动负载的能力有限，P3 口每个引脚对外 驱动电流最大仅为 8mA，因此通过 P3.7 引脚控制 PNP 型三极管 9012 的基极放 大，当 P3.7 为低电平时，三极管导通，

12、蜂鸣器发声。 P1.6 P1.7P3.7/RD 17 P3.6/WR AT89C51 R6 10k 图 7 声音报警电路 （6）温度检测电路 温度检测电路采用最常用的单线制温度传感器 DS18B20 实现对温度的检 测，温度检测电路如图 8 所示。由单片机 P3.6 引脚接 DS18B20 数据线，实现控 制命令的写入，温度数据的读出。测温范围：-55125，分辨率可以设置， 本设计能显示 0.1的温度变化。根据要求数据线接一个 4.7k 的上拉电阻。 P3.2/INT0 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 R2 4

13、.7k -8.0 DQ 2 VCC 3 GND 1 U2 DS18B20 R5 1k 图 8 温度检测电路 （7）微控制器电路 微控制器如图 9 所示，微控制器采用 Atmel 公司的 AT89C51 芯片，该芯片 具有成本低，下载方便等特点。针对本设计，内部 ROM 和 RAM 容量完全能够 满足系统要求。 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.

14、0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U1 AT89C51 图 9 微控制器 3.3.软件系统分析与设计软件系统分析与设计 （1）主程序 主程序对声光报警电

15、路、 温度传感器进行初始化，对定时器进行初始化开启 定时器中断。主循环读取温度数据，判断温度范围，若温度超限，声光报警电路 动作。主程序流程图如图 10 所示。 图 10 主程序流程图 （2）定时中断服务函数 由于控制器在读取温度， 刷新显示缓冲区时计算量比较大，会影响显示器动 态扫描显示效果，按照刷新率大于 16Hz，八位显示器显示全部数码只用到其中 七位，因此每位数码管在位选送出显示代码后需要延时的时间计算公式（1） ： 1000 8 16*7 ms tms （1） 按照动态扫描的显示原理轮流读取显示缓冲区数据、位选、延时的顺序，显 示延时由定时器 T0 定时服务函数实现。定时中断函数的流程图如图 11 所示。 图 11 定时中断函数流程图 （3）DS18B20 主要函数 DS18B20 为常用的温度传感器，根据温度 DS18B20 的读写时序，有关 DS18B20 的函数有初始化函数、读取一个字节的数据、写一个字节的数据、读 取温度数据。DS18B20 主要函数流程图如图 12 所示。 a.初始化函数 b.读取一个字节 c.写一个字节 d.读取温度数据 图 12 DS18B20 主要函数流程图 4.4.仿真与调试仿真与调试 （1）软件仿真 本设计使用 Proteus 软件建立仿真原理图，在 Ke