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1、目录第 1 章 绪论 11.1 选题目的 11.2 设计要求 1第 2章 电路结构及工作原理 22.1 电路方框图 22.1.1 电路图 22.1.2 系统流程 32.2 芯片介绍 52.2.1 DS18B20 52.2.1.1 DS18B20 的工作原理 52.2.1.2 DS18B20 的使用方法 62.2.2 AT89C51 82.2.2.1 AT89C51 简介 8第 3 章 整机工作原理 10第 4章 系统调试与分析 124.1 系统的调试 124.2 系统的分析 12结论 13收获和体会 14致谢 15参考文献 16附录一元件清单 17课程设计任务书课程设计题目DS18B20温度检
2、测仪表（数码管显示）功能 技术指标测量温度范围为0-100 C。并通过数码管显示工作量任务书图纸焊接实物程序编写电路仿真工作计划第一周查找资料设计电路 编写程序软件仿真 第二周焊接电路实物验收 第三周书写论文课设答辩指导教师评语年 月 日精品文档第 1 章 绪论1.1 选题目的随着人们生活水平的不断提高 , 单片机技术已经普及到我们 生活，工作，科研等各个领域。单片机控制无疑是人们追求的目 标之一，它所给人带来的方便是不可否定的，其中数字温度计就 是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工 作、科研、生活提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术 入手，一切向着数字化控制，智能化
3、控制方向发展。本文利用单 片机结合传感器技术开发设计，把传感器理论与单片机实际应用 有机结合，详细地讲述了利用温度传感器 DS18B2C测量环境温度, 设置上下报警温度，当温度不在设置范围内是，可以报警。同时 51 单片机在现代电子产品中广泛应用以及其技术已经非常成熟， DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用一线制与单片机相 连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。1.2 设计要求(1) 设计题目和设计指标测量温度范围为0-100 C。并通过数码管显示(2) 设计功能利用DS18B2C实现温度采集，并用数码管显示第2章电路结构及工作原理2.1电路方框图DS18B2AT89C
4、51 匚二 74LS245 斗 数码管_0_ 图2-1电路方框图电路图C222pFC1HF22pFI_I 12MCRYSTALU119 7T18U3R1 *r10 kP0.1/AD1J383P0 2/AD2374XTAL2P0 3/AD3365P0.4/AD4 356P0 5/AD5347P0 6/AD6RSTP0.7/AD-329 3929PSENP1.0P1.1 P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.73031ALE EAP3.0/RX【岂；P3.1/TXDP3.2/INTP3.37INTP3.4/T（二4P3.5/TP3.6/Wf -P3.7/RD 17 2125 26P2.6/
5、A1 10U2P2.2/A10 P2.3/A1P2.4/A1P2.5/A1R24.7k27P2.7/A1；28P2.0/A8P2.1/AS；12 13 141516A0B0A1B1A2B2A3B3A4B4A5B5A6B6A7B7CEAB/BA181174LS245141312=1615AT89C513 21|DS18B20VCCDQGND柿輕图2-2电路图系统流程总线置0并延时16關读1位数据延时lOOgs血线置I并延时60ps返冋图2-3读DS18B20的子程序图2-4读转换温度子程序2.2芯片介绍221 DS18B202.2.1.1 DS18B20 的工作原理当DS18B2C接收到温度转换
6、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。温度值格式如表2-1所示。表2-1温度值格式21212121202“2-12-1MSBLSBSSSSSSSSMSBLSB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
7、.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 +25.0625 C的数字输出为 0191H, 25.0625 C的数字输 出为FF6FH 55C的数字输出为FC90HDS18B20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2-2是部分温度值对应的二进制温度表示数据。表2-2部分温度值温度二进制表示十六进制表示+
8、125000001111101000007D0H+25.062500000001100100010191H+0.500000000000010000008H000000000000000000000H0.51111111111111000FFF8H25.06251111111001101111FE6FH551111110010010000FC90HDS18B20 的使用方法由于DS18B20采用的是1 Wire总线协议方式，即在一根数 据线实现数据的双向传输，而对 AT89S51单片机来说，硬件上并 不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总 线的协议时序来完成对 DS18B2C
9、芯片的访问。由于DS18B2C是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的 数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证 各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序： 初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备， 单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机 主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写 命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都 是低位在先。DS18B20勺初始化(1) 先将数据线置高电平“ 1”（2）延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一 点）（3）数据线拉到低电平“ 0”。（4 ）
10、延时 750 微秒（该时间的时间范围可以从 480 到 960 微秒）。（5）数据线拉到高电平“ 1”。（6）延时等待（如果初始化成功则在 15到 60毫秒时间之 内产生一个由DS18B2C所返回的低电平“ 0”据该状态可以来确 定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进 入死循环，所以要进行超时控制） 。（7）若CPU卖到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时， 其延时的时间从发出的高电平算起（第 （ 5）步的时间算起）最少 要 480微秒。（8）将数据线再次拉高到高电平“ 1”后结束。DS18B20的写操作（1）数据线先置低电平“ 0”。（2）延时确定的时间为 15微秒。（3
11、）按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位） 。（ 4） 延时时间为 45 微秒。（5 ） 将数据线拉到高电平。（6）重复上（ 1）到（ 6）的操作直到所有的字节全部发送 完为止。（ 7） 最后将数据线拉高。DS18B20的读操作（ 1 ）将数据线拉高“ 1 ”。（2）延时 2 微秒。（3）将数据线拉低“ 0”。（4）延时 3 微秒。（5）将数据线拉高“ 1”。（ 6）延时 5 微秒。（7）读数据线的状态得到 1 个状态位，并进行数据处理。（8）延时 60 微秒。2.2.2 AT89C512.2.2.1 AT89C51 简介AT89S51美国ATME公司生产的低功耗，高性能CMOS位单 片
12、机，片内含 4K BytesISP（In-system programmable） 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 AT89C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash存储单元。单片机 AT89S51强大的功能可为许多嵌入式控 制应用系统提供高性价比的解决方案。2.2.2.2 AT89C5 功能AT89S51提供以下标准功能：40个引脚、4K Bytes Flash片 内程序存储器、 128 Bytes 的随机存取数据存储器（ RAM）、 32 个 外部
13、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个数据指针、 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（ WD）T 电路、片内振荡器及时钟电路。此外， AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电 工作模式,空闲模式，CPU暂停工作，而RAM定时/计数器、串行 通信口、外中断系统可继续工作。 掉电模式冻结振荡器而保存 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、TQFF和PLCC等三种封装形式，以适应不同产 品的需求。第3章整机工作原理当DS18B2Q接收到温度转换命令后，开
14、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：对应的温度计算：当符号位 S=0时，直接将二进制位转换为 十进制；当S=1时，先将补码变换为原码，再计算十进制值。表 2 是对应的一部分温度值。DS18B2C完成温度转换后，就把测得的温度值与 TH, TL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DS18B2C同时测量温度并进行告警搜索。CRC的
15、产生在64 b ROM的最高有效字节中存储有循环冗 余校验码(CRC)。主机根据ROM勺前56位来计算CRCS，并和存 入DS18B2C中的CRCfi做比较，以判断主机收到的 RO贓据是否 正确。DS18B2 0的测温原理所示，图中低温度系数晶振的振荡频率 受温度的影响很小1，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计 数器1,高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产 生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门， 当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉 冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度 系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 C
16、所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存 器彼预宜在-55 C所对应的一个基数值。减法计数器 1对低温 度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重 新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲 信号进行计数，如此循环直到减法计数器 2计数到0时，停止温 度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。第 4 章 系统调试与分析4.1 系统的调试根据DS18调试显示程序的开始，接线后显85.0 ,更改DS18B20 的温度现实，数码管就会现实相应的温度，温度上下限为-15128。
17、4.2 系统的分析(1) B20的通讯协议，主机控制 DS18B20完成温度转换必 须经过三个步骤：每一次读写之前都要对 DS18B20进行复位，复 位成功后发送一条ROM!指令，最后发送RAM指令，这样才能对 DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微 秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待1660微秒左右，后 发出60240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成 功。( 2)动态显示方式，在某一瞬时显示一位，依次循环扫描， 轮流显示，由于人的视觉滞留效应，人们看到的是多位同时稳定 显示结论随着通信技术的不断发展，无线技术越来越多地走进人们的 生活和工作中
18、。采用传统的数据传输信道即通过有线连接传输采 集的数据，已经不能满足数据采集与传输的需要，无线数据传输 显示出巨大的优势，应用前景十分光明。收获和体会为期 3 周的课程设计已经接近尾声，在完成设计的同时，我 还在不断的学习新知识和巩固已有的知识。事实上，我们所学的 课本上的知识在实际应用中与理论还有所差别，不可能解决遇到 的所有问题，我们只能借助一切可利用的资源，询问老师，与同 学探讨，上网查找资料等方式，尽量解决问题。在进行程序设计时，首先需要对单片机应用系统预先完成的 任务进入深入的分析，明确系统的设计任务、功能要求、技术指 标。然后，要对系统的硬件资源和人工作环境进行分析和熟悉。 经过分
19、析、研究和明确规定后，利用数学方法或数学模型来对其 进行描述，从而把一个实际问题转化成由计算机进行处理的问题。 进而，对各种算法进行分析比较，并进行合理的优化。在仿真过程中我们的问题是无法正常显示数字，通过老师指 导，我们发现了编程中的问题以及电路图中数码管连接问题并改 正。得到了正确的数码显示与结果。总之，从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后 的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当 中，学习单机片机更是如此。一句话，这次单片机课程设计对我 来说意义重大，不仅让我对单片机教程做了一次整体复习，也让 我发现了许多以前编写程序时忽视得细节。感谢老师，感谢我们 的组员。致
20、谢在这次课程设计中，首先我要感谢我的学校领导，是他们给 了我们这样的机会，让我们能够独立自主完成自己的课题，学到 很多宝贵的东西。同时我要感谢我的指导老师，是他对我们无微 不至的指导与关怀。最后我还要感谢和我一组的成员，没有他们 的努力我们也不会顺利的完成老师交给的任务。感谢你们的支持 与帮助，我会继续努力的。参考文献1）张毅邱关源主编，电路，高等教育出版社2）刚主编，单片机原理及应用 ，哈尔滨工业大学出版社。3）阎石主编，数字电子技术基础 ，高等教育出版社。出版4）童诗白、华成英主编，模拟电子技术基础 ，高等教育5）唐文彦主编，传感器技术及应用 ，机械工业出版社。附录一元件清单DS18B201个AT89C511个74LS2451个晶振1个四位共阴极数码管1个22pf电容2个4.7k和10k电阻各1个