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1、测控系统原理与设计课程设计课题:DS18B20数字温度计的设计班级测控1102班学号_学生姓名专业测控技术与仪器系别电子信息工程系指导教师杨银贤 毛钢元淮阴工学院电子信息工程系2013年5月一. 设计目的测控系统原理与设计课程设计是一项重要的实践性教育环节，是学生在校期间必须接 受的一项工程训练。在课程设计过程中，在教师指导下，运用工程的方法，通过一个简单课 题的设计练习，可使学生初步体验微机应用系统的设计过程、设计要求、完成的工作内容和 具体的设计方法，了解必须提交的各项工程文件，也达到巩固、充实和综合运用所学知识解 决实际问题的目的。通过课程设计，应能加强学生如下能力的培养。二. 摘要温度
2、是一种最基本的环境参数，人们生活与环境温度息息相关，在工业生产过程中需要实 时测量温度，在工业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和控制具有重要 的意义。1976单片机自年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有三十多年了。由于单片机集成 度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点。单片机有 两种基本结构形式：一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程序存储器和数据存储器合 用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿结构。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分 开，分别寻址的结构，一般需要较大的程序存储器。目前的单片机以采用程序存储器和数据 存储器截然分开
3、的结构为多。一种以单片机为主要控制器件，以DS18B20为温度传感器的新 型数字温度计。主要包括硬件电路的设计和系统程序的设计。硬件电路主要包括主控制器， 测温控制电路和显示电路等，主控制器采用单片机AT89C51，温度传感器采用美国DALLAS 半导体公司生产的DS18B20，显示电路采用8位共阴极LED数码管。系统程序主要包括主程 序，测温子程序和显示子程序等。DS18B20新型单总线数字温度传感器是DALLAS公司生产 的单线数字温度传感器，集温度测量和A/D转换于一体，直接输出数字量，具有接口简单、 精度高、抗干扰能力强、工作稳定可靠等特点。由于采用了改进型智能温度传感器DS18B20
4、作为检测元件，与传统的温度计相比，本数字 温度计减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点DS18B20温度计还可以在高温 报警、远距离多点测温控制等方面进行应用开发，具有很好的发展前景。三. 设计要求采用智能温度传感器DS18B20做为检测元件,AT80C2051做为控制器，采用LED数码管直 接显示温度值。四. 芯片简介(1) 适应电压范围更宽，电压范围：3.0V5.5V,在寄生电源方式下可由数据线供电。(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DS18B20的双向通讯。(3) DS18B20在使用中不需要任何外围原件，全部传感元件及
5、转换电路集成在形成一只 三极管的集成电路内。(4) 测温范围一55C+125C时精度为0.5C.(5) 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, 0.0625C，可实现高精度测温。(6) 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 内把温度值转换数字，速度更快。(7) 测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU同时可传送CRC效 验码，具有极强的抗干扰纠错能力。(8) 负压特性：电源极性接反时，芯片不会因为发热而烧毁，但不能正常工作。五. 系统的硬件1) AT89C51的简介AT89C5
6、1是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的 可编程的Flash只读程序存储器，兼容标准8051指令系统及引脚，并集成了 Flash程序存 储器，既可在线编程(ISP)，也可用传统方法进行编程，因此，低价位AT89C51单片机可应 用于许多高性价比的场合，可灵活应用于各种控制领域，对于简单的测温系统已经足够。单 片机AT89C51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的 设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电AT89C51的主要特性 如下：(I) 与MCS-51兼容；(2) 4K字节可编程闪烁存储器；(3
7、)寿命：1000写/擦循环；(4) 数据保留时间：10年；(5)全静态工作：0Hz-24Hz； (6)三级程序存储器锁定；(7) 128*8 位内部RAM； (8) 32根可编程I/O线；(9)两个16位定时器/计数器；(10) 5个中断源；(II) 可编程串行通道；(12)低功耗的闲置和掉电模式；(13)片内振荡器和时钟电路。1、AT89C51引脚图芯片AT89C51的引脚排列和逻辑符号如下图所示。3 83 73 63 53 43 33 23 0143 11918yP00P1U/TP0 1PU/TP02P12P03P13P04P14P05P15P06P16P07P17P20PSENP21P2
8、2T1P23TOP24P25EAZVPP26P27MlK2RKD.T3.UTKEl-TZ；.!RESETnrro.TS.sIHTLT3.3WRRD.T3.7U1134367 810113AT89C 51AT89C51单片机引脚图2、AT89C51引脚功能介绍单片机芯片AT89C51为40引脚双列直插式封装。其各个引脚功能5介绍如下：(1) VCC：供电电压；(2) GND：接地；(3) P0 口P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每个管脚可吸收8TTL门电流。当P1 口的管脚写1 时，被定义为高阻输入。？0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第 八位。在FLASH编程时
9、，P0 口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时 P0外部电位必须被拉高。(4) P1 口P1 口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1 口管脚写入1后，电位被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输 出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。(5) P2 口P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流， 当P2 口被写1时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。作为输入时，P2 口的 管脚电位被外部拉低，将输出
10、电流，这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储 器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址”1”时， 它利用内部上拉的优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能 寄存器的内容。P2 口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。(6) P3 口P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL门电流。当P3 口写入”1” 后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3 口 将输出电流(ILL)，也是由于上拉的缘故。P3 口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，同时
11、 P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。其具体功能如表3.1所示。表3.1 P3 口的特殊功能端口定义付号表示功能描述P3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行输出口P3.2INT0外部中断0P3.3INT1外部中断1P3.4T0定时器0外部输入P3.5T1定时器1外部输入P3.6WR外部数据存储器写选P3.7RD外部数据存储器读选(7) RST：复位输入端。当振荡器复位时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。(8) ALE / PROG当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期 间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率
12、周期输出正脉冲信号，此频率 为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是： 每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址 上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。(9) PSEN外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，每个机器周期PSEN两次有效。 但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。(10) EA/VPP当EA保持低电平时，访问外部ROM；注意加密方式1时，EA将内部锁定为
13、RESET；当EA端 保持高电平时，访问内部ROM。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。(11) XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。(12) XTAL2：来自反向振荡器的输出。2) LED数码管的操作LED数码管，也叫LED数码显示器，由于它具有很高的性能价格比、显示清晰、亮度 高、使用方便、电路简单、寿命长等诸多优点，长期以来一直在各类电子产品和工程控制中 得到非常广泛的应用。在单片机控制系统中，因为单片机的硬件简单、灵活等特点，非常适 合使用LED数码管作为其输出设备，这样既满足了控制系统硬件简单，又能如实地显示被 控系统的温度、压力、流
14、量、高度等一些单片机的处理结果。LED数码管的基本组成是半导体发光二极管，它是将若干个发光二极管，按照一定的 笔段组合起来构成的一个整体。LED数码管能显示09十个数字及部份英文字母。常见的 八段LED数码管结构如下图所示。VCCC D E F G dp图3.10数码管的内部结构它由8个发光二极管组成，其中7个长条形的发光二极管排列成”日”字形，另一个发光 二极管在整个数码管的右下角，用来显示小数点。根据8个发光二极管的不同连接形式，可 以将LED数码管分成共阳极和共阴极两种。将8个发光二极管的阳极都连在一起的，称之 为共阳极LED数码管;将8个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED
15、数码管。共阴极和共阳极结构的LED数码管各笔段名和安排位置是相同的（如图3.10所示）。当发光二极管导通时，相应的笔段发亮，由发亮的笔段组合成09十个数字及部分英 文字母。这里我们以共阴极LED数码管为例，当让其显示数字”3”时，只要a、b、c、d、g 段的发光二极管点亮，e、f、dp段的发光二极管不亮，即a、b、c、d、g段发光二极管的阳 极加上高电平”1”，e、f、dp段发光二极管的阳极加上低电平”0”，同时使LED数码管的公 共阴极接低电平”0”，则LED数码管此时就能显示数字”3”。如果加到各笔段对应发光二极管阳极上的代码不同，则就能控制LED数码管显示不同 的字符和数字，这个代码称为段码。通常将这个段码用单片机系统中的一个字节进行存储， 正好这个字节中的8个二进制位（D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0），依次对应LE
