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1、目录引言 11. 概述 11.1 设计的目的及意义 11.2 单片机简介 12. 方案论证 23系统元件选择 23.1主控制器选择23.2温度传感器DS18B2033.2.1 DS18B20 的特性33.2.2 DS18B20的外形和内部结构43.2.3 DS18B20与单片机的接口电路43.3 数码管54.系统硬件设计54.1总体设计54.2各部分电路分析64.1.1温度采集部分64.2.2复位电路64.2.3晶振电路64.2.4超限报警电路74.2.5 数据显示数码管电路部分74.2.6 电源部分 85 系统软件部分的设计 85.1 温度的采集 85.1.1 时序及协议 85.1.2 设计
2、流程 105.2 温度数据的处理 115.3 数值的显示 11总结 12致谢 13参考文献： 14附录 15附录一 源程序 15附录二 系统原理图 26电子温度计的设计摘 要： 该设计介绍了 DS18B20 型数字温度传感器内部结构及工作时序，并提出了以 DS18B20 和 AT89C51 为核心设计的数字温度计设计方案。实践证明，该数字式温度计的 测温范围为-50+110C,精度误差在0.1C以内，具有测温精度高，控制性能良好等特点。设计还介绍了一种基于51单片机和DS18B20数字温度传感器来进行温度测量的方法，包 括温度传感器芯片的选取、单片机与温度传感器接口电路的设计，以及实现温度信息
3、采集 和数据传输的软件设计。该温度计完全适用于一般的应用场合，也可在高低温报警、远距 离多点测温控制等方面进行应用。关键词： 数字温度计，单片机，温度传感器Abstract: This paper introduced the inner structure and job sequence of the digital temperature sensor DS18B20，and put forward a digital temperature design of the core design according to DS18B20 and AT89C51Practice testif
4、ies that the digital temperatures measurement range is-50+ 110C, and accuracy error is within 0.1 C. It has high measurement temperature accuracy， fine controlling characteristic， and so onA practical temperature measuring method based on microcontroller and DS18B20 digital temperature sensor was pr
5、esentedThe selection of temperature sensor chip was discussed and the design of hardware interface circuit and related software were dealt with in more detailsThe temperature completely fits to be used for the average application， also may be used to the field of high or low temperature alarm， contr
6、olling of the remote and multiple spots temperature measurement， and so onKEY WORDS： Digital Thermometer , Microcontroller , Temperature sensor引言在传统的温度测量系统中，一般采用热电偶或铂电阻进行温度测量。在这些电路中， 有这样一些问题必须解决：为了进行准确的温度测量，必须给铂电阻提供一个良好的恒流 源；由于热电偶出来的信号是模拟信号，所以此信号在送给CPU之前必须先进行A/D转 换，然后再送给CPU进行处理；并且热电偶的信号很微弱，只有十几个mA,因
7、此在A/D 转换之前通常还需要进行增益放大。因此，采用热电偶和铂电阻进行温度测量，需要考虑 很多问题，构成的系统也比较复杂。DALLAS公司推出的数字式温度传感器DS18B20很 好地解决了这样一些问题，DS18B20采用一线接口，只需占用单片机的一个I/O 口位，其 外围电路也非常简单；并且DS18B20将测得的温度信号转换为数字量输出，可以与单片机 直接相连，而不需进行信号放大和A/D转换，大大简化了电路的设计，因此系统采用了 DS18B20作为温度传感器进行温度采集。1. 概述1.1 设计的目的及意义单片机实现的电子温度计的毕业设计是在学习单片机，汇编语言，PROTEUS软件等基 础上，
8、综合应用所学的理论知识完成。虽然该设计题目类似于课程设计题目，但因涉及原 理图、硬件的选型、软件语言的选择等的要求，已经符合毕业设计的要求。设计目的：整个系统以单片机AT89C51为核心，结合数字温度传感器DS18B20，数 码管显示等，实现温度的示数。单片机应用系统具有体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于开发和推广等优 点，在自动化控制、仪器仪表和家用电器等领域中得到了广泛的应用。单片机应用系统设 计主要包含以下两方面内容：(1) 深入研究单片机的芯片功能，掌握与其相关的接口电路，熟练掌握与其相关的软件 语言和设计方法，学习和了解现有系统的设计原理和方法。(2) 学习和掌握传感器技术，
9、掌握电子技术的一般设计原理和方法。1.2 单片机简介微型计算机可分为普通微型计算机和单片微型计算机，前一种指我们通常所用的PC机, 后者正是这次设计所使用的,简称单片机。所谓单片机(Single Chip Micro-computer)就是把 中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、定时器/计数器及I/O接口等主 要功能部件集成在一片大规模或超大规模集成电路芯片上的微型计算机，即在一个芯片上 实现一台微型计算机的基本功能。近年来随着超大规模集成电路工艺的发展，单片机作为 微型计算机的一个分支而获得飞速发展。由于它具有体积小、价格低、功能强、应用方便、 可靠性高等优点，因而广泛渗透
10、于实时控制、智能报警(如汽车防撞报警器)、仪器仪表、 通讯导航、家用电器等各个领域，从尖端科学到日常用具，单片机几乎无处不在。随着设 备向小型智能化方向的发展和计算机在控制系统中的作用，单片机作为高新技术之一，发 展空间是相当大的。如果是简单控制对象，只需利用这样的单片机作为控制核心，不需要增加别的外部设 备和扩展某些接口就能实现；对于复杂的系统，单片机的应用和接口扩展也很方便。单片 机系统归纳起来有以下特点：(1) 由于系统规模较小，本身不具有自我开发能力，需借助专用开发工具进行系统的 开发和调试，使得实际应用系统简单实用，成本低，效果好。(2) 系统配置以满足对象的控制要求为出发点，使得系
11、统有较高的性能价格比。(3) 应用系统通常将程序驻留在 ROM 中，无需软硬磁盘作软件载体，使系统不易受到 干扰，可靠性高，使用方便。(4) 应用系统所用存储器芯片可选用EPROM、EEROM、OTP芯片或利用掩膜形式生 产，便于成批开发和应用。(5) 由于系统小巧玲珑，控制能力强，体积小，便于安装于被控设备之内，大大推动 了机电一体化产品的开发。(6) 系统是超大规模集成电路，它的工作电压10V左右，功耗小，使得系统具有更好的性价比。2. 方案论证方案一：热电偶的实现办法，需要比较多的外部硬件支持，电路复杂，软件调试复杂， 制作成本高。实现上需要温度的补偿，在满足精度时有一定的难度。方案二：
12、智能传感器DS18B20作为检测元件，测温范围-55C125C，分辨率最大可达0.0625Co DS18B20可以直接读出被测温度值。而且采用3线制与单片机相连，减 少了外部硬件电路，具有低成本和易使用的特点。LED数码管作为显示器件，通过89C51 构建最小系统。综上所述，权衡各方面的利弊，我采用方案二。3 系统元件选择3.1 主控制器选择AT89C513.2 温度传感器 DS18B203.2.1 DS18B20 的特性(1) 适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，寄生电源方式下可由数据线供。(2) 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理 器与
13、DS18B20的双向通讯。(3) DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点 测温。(4) DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三 极管的集成电路内。(5) 温范围一55C_ 125C，在-10+85C时精度为0.5C。(6) 可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5C、0.25C、0.125C和 0.0625C，可实现高精度测温。(7) 在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms 内把温度值转换为数字，速度更快。(8) 测量结果直接输出数字温度信号，以
14、“一线总线”串行传送给CPU,同时可传送CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。9)负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。3.2.2 DS18B20的外形和内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻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。DS18B20的管脚排列如图3-1: 引脚定义：(1) DQ 为数字信号输入/输出端；(2) GND 为电源地；(3) VDD 为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)内部结构如下图电源检测3.2.3 DS18B20与单片机的接口电路确保DS18B20在其变换期得到足够的电源电流，
15、在I/O线上提供一强的上拉。连接图 如下图而此处采用外部电源供电方式，即在 DQ 与单片机接口处必须填加上拉电阻，该电阻 一般为 4.7K。3.3 数码管常见的LED显示具有清晰明亮的特点。是显示接口也是绝大多数单片机应用系统必备 的部件之一。发光二极管组成的显示器是单片机应用产品中最常用的廉价输出设备。它由若干个发 光二极管按一定的规律排列而成。当某一个发光二极管导通时，相应的一个点或一笔画被 点亮，控制不同组合的二极管导通，就能显出各种字符。显示器的结构常用的 7 段显示器的结构如图所示，发光二极管的阳极连在一起的称为 共阳极显示器，阴极连在一起的成为共阴显示器。1 位显示器由 8 个发光二极管组成，其 中7个发光二极管ag控制7个笔画的亮或暗，另一个控制一个小数点的亮和暗，这种 笔画的七段显示器能显示的字符较少，字符的形状有些失真，但失控简单，使用方便。共卩II共阴4.系统硬件设计4.1 总体设计该系统是以AT89C51芯片为核心，通过检测DS18B20的工作与否，然后将其内部的 数字量温度读到单片机，通过相应的数码管显示，当温度超出设定的温度时用蜂鸣器报警 其外围电路包括复位电路、晶振电路。系统框图如下图：系统框图4.2
