南昌航空大学课程设计 课题

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1、第一章系统组成及工作原理1.1系统组成及简述：本系统共由四个模块组成，第一部分是温度检测部分，由常用的温度检测传感器18b20来完 成。系统由该模块来检测外界的温度，然后传到51单片机中的处理；第二部分中央处理， 这一部分较为简单，起到的是处理的效果；第三部分是显示电路，该部分根据PNP型8550 三极管的开关功能实现的，并由该部分电路控制数字的显示；第四部分是驱动电路，也由 8550路来驱动蜂鸣器报警。1.2工作原理：首先是用数字温度传感器18b20测量温度，因为18b20具有很多优点,DS18B20的 测量范围为-55C +125C ；在-10+85C范围内，精度为土0.5C。再由它把 检

2、测到的温度信息传入单片机中，掉电后也不会丢失，下次上电时，单片机会自 动读入上次的温度设定值。我用的是ATMEL公司的AT89C52来处理的。它有32 个I/O 口，三个定时器和8K的ROM,跟256byte的RAM,可以直接用C语言来编写 程序，非常方便。显示部分我使用的是四位共阳数码管，直接用8550来控制的, 当8550的基极是高电平时三极管CE极饱和断开，当为低电平是导通，三极管正 常工作，数码管点亮，因为我要做的只是简单的功能，所以我用了 14个I/O 口 来控制。P1.0到P1.3是控制位选的端口，P2 口是控制段选的端口，另外两个分 别为DS18B20的数据入口和蜂鸣器的控制端口

3、，当检测到的温度到达设定的最高 温度时，就会驱动蜂鸣器报警，该图是8550的驱动和控制电路图。第二章硬件电路设计温度计电路设计原理图如图2所示，控制器使用单片机，温度计传感器使用 DS18B20,用液晶实现温度显示。本温度计大体分三个工作过程。首先，由DS18820温度传感器芯片测量当前的 温度，并将结果送入单片机。然后，通过89C205I单片机芯片对送来的测量温度 读数进行计算和转换，井将此结果送入数码管模块。最后芯片将送来的值显示于 显示屏上。本电路主要由DS18820温度传感器芯片、四位共阳数码片和89C2051 单片机芯片组成。其中，DSI8B20温度传感器芯片采用“一线制”与单片机相

4、连， 它独立地完成温度测量以及将温度测量结果送到单片机的工作。2.1 DS18B20：DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20是一种新型的“一线器件”， 其体积更小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。DALLAS半导体 公司的数字化温度传感器DS18B2 0是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度 传感器。温度测量范围为-55+125摄氏度，可编程为9位12位转换精度，测 温分辨率可达0.0625摄氏度，分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在 EEPROM中，掉电后依然保存。被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输 出；其工作电源既可以在远端引入，也可以采用寄生电源方式产

5、生；多个DS18B20 可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信， 占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。因此用它来组成一个 测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分 方便。1. DS18B20的性能特点如下： DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上。 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适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数 据线供电温范围一55 C+125 C，在-10+85 时精度为0.5

6、 C零待机功耗可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5C、0.25C、0.125 r和0.0625C，可实现高精度测温在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，速度更快用户可定义报警设置报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件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校验码，具有极强的抗干扰纠错能力负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正 常工作以上特点使DS18B20非常适用与多点、远距离温度检测系统。DS18B20内部结构主要由四部分组成

7、：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、各种封装形 式如图4所示，DQ为数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在 寄生电源下，也可以向器件提供电源；GND为地信号；VDD为可选择的VDD弓| 脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。其电路图5所示.。BOTTOM VI EVi*ALLASDS1&2DDS18B20TO-S2gndH16N如?5ZJM%匚34口 HDSieB20PTSOCNC1KMCNC27NCWn35NCAGNPACKAGEDS1BB20fig 8-PIN SOIC dSOULl0 U111图2.1部封

8、装形式图2.2感器电路图2. DS18B20使用中的注意事项DS18B20虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优 点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题： DS18B20从测温结束到将温度值转换成数字量需要一定的转换时间，这是 必须保证的，不然会出现转换错误的现象，使温度输出总是显示85。在实际使用中发现，应使电源电压保持在5V左右，若电源电压过低，会 使所测得的温度精度降低。较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器 间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读 写时序，否则将无法读取测温结果。在使用PL/M、C

9、等高级语言进行系统程序设 计时，对DS1820操作部分最好采用汇编语言实现。在DS18B20的有关资料中均未提及单总线上所挂DS18B20数量问题，容 易使人误认为可以挂任意多个DS18B20,在实际应用中并非如此，当单总线上所 挂DS18B20超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行 多点测温系统设计时要加以注意。在DS18B20测温程序设计中，向DS18B20发出温度转换命令后，程序总 要等待DS18B20的返回信号，一旦某个DS18B20接触不好或断线，当程序读该 DS18B20时，将没有返回信号，程序进入死循环，这一点在进行DS18B20硬件连 接和软件设计时也要给予

10、一定的重视。3. DS18B20内部结构图为DS1820的内部框图，它主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM 单线接口、存放中间数据的高速暂存器（内含便笺式RAM），用于存储用户设定 的温度上下限值的TH和TL触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码（CRC） 发生器等七部分。DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图6 所示图2.3 ds18b20内部图64 b闪速ROM的结构如下:8bit 检验 CRC48bit序列号8bit工厂代码（10H）MSBLSB MSB LSB MSBLSB开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，

11、 最后8位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行 通信的原因。温度报警触发器TH和TL,可通过软件写入户报警上下限。主机 操作ROM的命令有五种，如表所列指令说明读ROM (33H)读DS1820的序列号匹配ROM (55H)继读完64位序夕列号的一个命令，用于跳过ROM (CCH)此命令执行后的存储器操作将针对搜ROM (F0H)识别总线上各器件的编码，为操作各报警搜索（ECH）仅温度越限的器件对此命令作出响DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如图7所示。 便

12、笺式存储器（上电状态）TH高温寄存器TL低温寄存器配位寄存器ByteOBytelByte2Byte3Byte4Byte5Byte6Byte7Byte8E2PRO(85 C)温度测量值LSB（50H） 温度测量值MSB（50HTH高温寄存器TL低温寄存器配位寄存器预留（FFH）预留（OCH）预留（IOH）循环冗余码校验（CRC）图2.4高速暂存RAM结构图前2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节TH和TL的拷贝，是易 失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定 温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的 温度数值。温度低位温度咼位

13、THTL配置保留保留保留8 位 CRCLSBMSB当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值 就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1, 2字节。 单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式以 0.062 5 C/LSB形式表示。温度值格式如下：232221202-12-22-32-4MSBLSBSSSSS262524MSBLSB这是12位转化后得到的12位数据 存储在18B20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

14、温度小于0,这5位为1,测到的 数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。图中，S表示位。对应的温 度计算：当符号位S=0时，表示测得的温度植为正值，直接将二进制位转换为 十进制；当S=1时，表示测得的温度植为负值，先将补码变换为原码，再计算 十进制值。例如+125C的数字输出为07D0H, +25.0625C的数字输出为0191H, -25.0625C的数字输出为FF6FH, -55C的数字输出为FC90H。DS18B20温度传感器主要用于对温度进行测量，数据可用16位符号扩展的 二进制补码读数形式提供，并以0.0625 C/ LSB形式表示。表2是部分温度值对 应的二进制温度表示

15、数据。表2-2部分温度值温度/C二进制表示十六进制表示+125000001111101000007D0H+25.062500000001100100010191H+0.500000000000010000008H000000000000000000000H-0.51111111111111000FFF8H-25.06251111111001101111FE6FH-551111110010010000FC90HDS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容 作比较，若TTH或TTL,则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的告警 搜索命令作出响应。因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行告警搜索。在64位ROM的最高有效字节中存储