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1、娄底职业技术学院1娄底职业技术学院毕业论文课题：数字温度计系 部 电子信息工程系 专 业 名 称 应用电子 班 级 * 姓 名 * 学 号 * 指 导 教 师 * 2011 年 12 月 10 日娄底职业技术学院 21摘要：本文研制的数字式定时温控系统是一个基于单总线数字式温度传感器DS18B20，以单片机芯片为核心的系统。该系统具有对温度的实时检测功能，实时日历时钟、温度和时间数值的设定等功能。该系统可以应用于发面、菜窖温度控制及保健等领域。本文首先对测温技术、温度控制技术的现状进行了介绍，对各种控制理论、方案进行了简单的分析与比较；其次根据用户提出的总体要求和技术指标，从工程应用的角度出发
2、，以发面器为主要应用对象进行了硬件部分的设计和选型、软件的设计与分析，且在实现中遵循了简单、经济、实用的原则：然后详细介绍了本系统所用各芯片的特点、工作原理、应用及其与单片机间的通信协议。最后本文对实验、调试和实践应用过程中出现的问题、误差及采用的抗干扰措施进行了分析和讨论。关键词：DS18B120 温度传感器 AT89S52娄底职业技术学院 21目录摘要 11，绪论 22、系统功能 23、基本原理 24、硬件电路 35、软件设计 46、电路制作 57、电路板制作 68、元件焊接 79、调试 810、结论 911、收获体会 912、致谢 913、参考文献 10附录 A（电路元器件清单） 附录
3、B（电路原理图）附录 C(PCB 图) 附录 D（软件程序）娄底职业技术学院 211、绪论本文设计的简单实用的数字式温度测控系统，亦可广泛应用于各种定时、温度控制领域，如工业工控过程的温度控制温，它以 AT89S52 单片机为核心，实现对温度信号的采集和显示。在温度信号的采集方面，利用单总线数字度传感器的特点及功能实现对温度的采集，与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现 912 位的数字值读数方式，可在-55+125的范围内测量温度。从中央处理器到 DS18B20 仅需连接一条信号线，和地线，其指令信息和数据信息都经过单总线接口与 DS18B20 进
4、行数据交换，且每个 DS18B20 有唯一的系列号。因此同一条单总线上可以挂接多个DS18B20，构成主从结构的多点测温传感器网络。而在显示方面采用数码管显示。此系统具有结构简单、价格低廉、易于操作及系统扩展、性价比高等特点。它利用 89S52 单片机的强大功能和可扩充性为后盾，可实现对某一路温度和温度的上下限进行有效的控制与输出。2、系统功能(1)采用AT89S52单片机和DS18B20温度传感器通信，控制温度的采集过程和进行数据通信；(2)利用数码管显示测量的温度值；(3)编写C51程序，完成单片机对温度数据的采集过程以及与DS18B20数据传输过程的控制。3、基本原理DS18B20 与单
5、片机之间采用串行通信的方式进行数据读写与系统的调试及性能的分析DS18B20 包括单片机最小系统，温度传感器，和显示电路，温度传感器，DS18B20 将被测坏境温度转化为带符号的数字信号，单片机对接收到的数字信号进行变换，转换成实际的温度值并送至数码管显示，AT89C52 是整个电路装置的控制核心。当计数门打开时，DS18B20 就对温度系数振荡器产生脉冲后进行计数，进而完成温度测量。DS18B20 数字温度传感器是 Dallas 公司生产的 1-Wire，即单总线器件，具有线路简单、体积小的特点。因此用他组成一个测温系统，具有线路简单，在 1 根通信线可以挂很多这样的数字温度传感器，十分方便
6、。娄底职业技术学院 214、硬件电路根据系统的控制要求，选择AT89S52单片机，包括数字温度传感器的数据采集、数据处理、晶振复位和温度显示电路。系统电路原理图如下所示：系统由3 个模块组成：主控制器.测温电路和显示电路。结构框图1-1所示。图（1-1）（1） 主控制器：单片机使用AT89S52。易于调试及烧录。AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，
7、芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式
8、冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。时钟电路：时钟电路为单片机产生时序脉冲，单片机所有运算与控制过程都是在统一的时序脉冲的驱动下的进行的。娄底职业技术学院 21EA/VPP（31脚）为内外程序存储器选择控制引脚，当EA为低电位时，单片机从外部程序存储器取指令；当EA接高电平时，单片机从内部程序存储器取指令。把EA接到+5V高电平，让单片机运行内部的程序。复位电路：在复位引脚（9脚）脚持续出现24个振荡器脉冲周期（即2个机器周期）的高电平信号将使单片机复位。如下图所示电容C和电阻
9、R构成了单片机上电自动复位电路。（2）显示电路： 显示电路采用4位共阳LED数码管，从P1口输出段码，列扫描用P3.0-P3.3来实现，列驱动用8055三极管。5、软件设计基于DS18B20数字温度传感器的软件设计采用C51编写程序，主要完成DS18B20的测量温度值计算及温度值的显示功能。其采用模块化设计，程序设计包括系统初始化、复位程序、读取温度程序、温度转换程序、数码管显示程序和延时程序，其总体流程图1-2所示。开始初始化 DS18B20读取 DS18B20检测发送跳过 ROM 指令I=1 等待DS18B20 复位读取 显示温度数据娄底职业技术学院 21图（1-2）6、电路制作电路制作包
10、括电路板设计和电路板加工制作两个过程。（1） 电路板设计本实训电路板设计采用Protel设计软件，Protel设计电路板最基本的过程可分为三大步骤。（1） 电路原理图的设计电路原理图的设计主要是利用Protel软件的原理图设计系统来绘制一张电路原理图。在这一过程中，要充分利用Protel设计软件所提供的各种原理图绘图工具、各种编辑功能，来实现我们的目的，即得到一张正确、精美的电路原理图。（2）产生网络表网络表是电路原理图设计（SCH）与印制电路板设计（PCB）之间的一座桥梁，它是电路板自动布线的灵魂。网络表可以从电路原理图中获得，也可从印制电路板中提取出来。（3）印制电路板设计PCB设计是以电
11、路原理图为根据，PCB设计决定印制板的固有特性，在一定程度上也决定了印制板的制造、安装和维修的难易程度，同时也影响印制板的可靠性和成本。PCB设计基本流程：建立元器件封装库 原理图输入 网表生成 PCB叠层结构设计、材料工艺选择 PCB外形设计 器件布局 布线设计 规则检查 工艺性设计 拼板设计 CAM数据输出。PCB设计注意事项：设计环境设置进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境，包括设置格点大小和类型、光标类型、版层参数、布线参数等等。大多数参数都可以用系统默认值，而且这些参数经过设置之后，符合个人的习惯，以后无须再去修改。规划电路版，主要是确定电路版的边框，包括电路版的尺寸大小等
12、等。在需要放置固定孔的地方放上适当大小的焊盘。对于3mm 的螺丝可用6.58mm 的外径和3.23.5mm 内径的焊盘对于标准板可从其它板或PCB izard 中调入。注意：在绘制电路版地边框前，一定要将当前层设置成Keep Out层，即禁止布线层。零件布局布线的关键是布局，多数设计者采用手动布局的形式。用鼠标选中发送 DS18B20 编码娄底职业技术学院 21一个元件，按住鼠标，左键不放，拖住这个元件到达目的地，放开左键，将该元件固定。Protel99新的交互式布局选项包含自动选择和自动对齐。零件布局，应当从机械结构散热、电磁干扰、将来布线的方便性等方面综合考虑。先布置与机械尺寸有关的器件，
13、并锁定这些器件，然后是大的占位置的器件和电路的核心元件，再是外围的小元件。布线规则设置布线规则是设置布线的各个规范，这个步骤不必每次都要设置，按个人的习惯，设定一次就可以。a. 安全间距(Clearance Constraint) 设置它规定了板上不同网络的走线焊盘过孔等之间必须保持的距离。一般板子可设为0.254mm，较空的板子可设为0.3mm，较密的贴片板子可设为0.2-0.22mm，极少数印板加工厂家的生产能力在0.1-0.15mm。0.1mm 以下是绝对禁止的。b. 走线层面和方向（的Routing Layers）设置此处可设置使用的走线层和每层的主要走线方向。请注意贴片的单面板只用顶层，直插型的单面板只用底层，但是多层板的电源层不是在这里设置的，机械层也不是在这里设置的。机械层1 一般用于画板子的边框；机械层3 一般用于画板子上的挡条等机械结构件；机械层4 一般用于画标尺和注释等，具体可自己用PCB Wizard 中导出一个PC
