1、|单片机原理及应用课程设计任务书二级学院：电子信息与电气工程学院 专业： 班级： 学生姓名 指导老师 职 称 讲师 课题名称 基于51单片机的温度警报器的设计课题工作内容1、 设计内容：硬件电路的设计、软件电路的设计 2、 总体方案的选择、讨论确定。软件流程图的设计，硬件电路各部分的设计，程序的软调试、整机的调试。 3、 撰写设计报告 指标要求1、LED 能显示传感器的温度 2、温度高于30度或者小于15度，蜂鸣器发出警报 进程安排 第一天 下达任务、讲授、查资料 第二天 方案确定 第三天、第四天 软、硬件设计 第五天第八天 软、硬件调试 第九天 撰写报告 第十天 答辩考核主要参考文献1钟晓伟
2、，宋哲存，基于单片机的实验是温湿度控制系统设计 A 林业机械与木工设备2叶景，基于单片机的温度控制系统的设计 经验与交流，20083杨光友.单片机微型计算机原理及接口技术M.北京：中国水利水电出版社，2002地点 起止日期 9.5-9.15 |课 程 设 计题 目：基于单片机的数字温度报警器的设计姓 名： 学 院： 专 业： 班 级： 学 号： 指导教师： 2011 年 9 月 15 日|目 录摘要 .41 引言 .41.1 课题背景 .41.2 研究内容和意义 .62 芯片介绍 .62.1 DS18B20 概述 .62.1.1 DS18B20 封装形式及引脚功能 .72.1.2 DS18B2
3、0 内部结构 .72.1.3 DS18B20 供电方式 .92.1.4 DS18B20 的测温原理 .102.1.5 DS18B20 的 ROM 命令 .122.2 AT89C52 概述 .132.2.1 单片机 AT89C52 介绍 .132.2.2 功能特性概述 .133 系统硬件设计 .143.1 单片机最小系统的设计 .143.2 温度采集电路的设计 .153.3 LED 显示报警电路的设计 .164 总结 .16致谢 .17参考文献 .18附录 A 总电路图 .19附录 B 原器件清单 .19附录 C 温度报警器部分程序 .20|摘 要随着时代的进步和发展，温度的测试已经影响到我们的
4、生活、工作、科研、各个领域，已经成为了一种非常重要的事情，因此设计一个温度测试的系统势在必行。本文主要介绍了一个基于 AT89C52 单片机的数字温度报警器系统。详细描述了利用数字温度传感器 DS18B20 开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，对各部分的电路也一一进行了介绍，该系统可以方便的实现温度的采集和报警，并可以根据需要任意上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当做温度处理模块潜入其他系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B
5、20 与 AT89C52 结合实现最简温度报警系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。关键词：单片机；温度检测；AT89C52;DS18B20;1 引言1.1 课题背景温度是工业对象中主要的被控参数之一，如冶金、机械、食品、化工各类工业生产中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的温度处理要求严格控制。随着科学技术的发展，要求温度测量的范围向深度和广度发展，以满足工业生产和科学技术的要求。基于 AT89C51 单片机提高了系统的可移植性、扩展性，利于现代测控、自动化、电气技术等专业实训要求。以单片机为核心设计的温度报警器，具有安全可靠
6、、操作简单方便、智能控制等优点。温度对于工业生产如此重要，由此推进了温度传感器的发展。温度传感器主要经过了三个发展阶段 1：（1）模拟集成温度传感器。该传感器是采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。此种传感器具有功能单一(仅测量温度)、|测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等特点，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135 等；（2）模拟集成温度控制器。模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有 LM56、A
7、D22105 和 MAX6509。某些增强型集成温度控制器(例如 TC652/653)中还包含了 A/D 转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别；（3）智能温度传感器 (亦称数字温度传感器)。智能温度传感器是在 20 世纪 90 年代中期问世的，其内部都包含温度传感器、A/D 转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)；并且它是在硬件
8、的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。现代信息技术的三大基础是信息采集 2（即传感器技术） 、信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术） 。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。数字温度传感器可以直接将被检测的温度信息以数字化形式输出，与传统的模拟式温度传感器相比，具有测量精度高、功耗低、稳定性好、外围接口电路简单特点。而单片机微处理器越来越丰富的外围功能模块，更加方便了数字式温度传感器输出信号的处理。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D 转化器、信号处理器、存储器（或寄存器
9、）和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央处理器（CPU） 、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM） 。并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。进入 21 世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片机测温系统等的方向发展。数字化温度传感器可以直接将温度量以数字脉冲信号形式输出，具有测量精度高、抗干扰|AT89C52单片机数字温度传感器双限报警系统译码显示电路能力强、传输距离远、外围接口电路简单等诸多优点。同时数字温度传感器还可直接与微处理器进行接口，大大方便了传感器输出信号的
10、处理.数字单总线温度传感器是目前最新的测温器件，它集温度测量，A/D 转换于一体，具有单总线结构，数字量输出，直接与微机接口等优点。1.2 研究内容和意义本温度报警器以 AT89C51 单片机为控制核心,由一数字温度传感器 DS18B20测量被控温度，结合 7 段 LED 以及驱动 LED 的 74LS245 组合而成。当被测量值超出预设范围则发出警报，且精度高，适用于大多数工业生产以及教育教学领域。温度是一种最基本的环境参数，它是与人类的生活、工作关系最密切的物理量，也是各门学科与工程研究设计中经常遇到和必须精确测量的物理量。从工业炉温、环境气温到人体温度；从空间、海洋到家用电器，各个技术领
11、域都离不开测温和控温。因此，研究温度的测量和控制方法具有重要的意义。设计原理2 芯片介绍2.1 DS18B20 概述DS18B20 是 Dallas 公司继 DS1820 后推出的一种改进型智能数字温度传感器，与传统的热敏电阻相比，只需一根线就能直接读出被测温度值，并可根据实际需求来编程实现 912 位数字值的读数方式 3。|2.1.1 DS18B20封装形式及引脚功能图 2.1 DS18B20 封装形式和引脚功能如图 2.1 所示，DS18B20 的外形如一只三极管，引脚名称及作用如下：GND:接地端。DQ：数据输入/输出脚，与 TTL 电平兼容。VDD：可接电源，也可接地。因为每只 DS1
12、8B20 都可以设置成两种供电方式，即数据总线供电方式和外部供电方式。采用数据总线供电方式时 VDD 接地，可以节省一根传输线，但完成数据测量的时间较长；采用外部供电方式则 VDD 接+5V，多用一根导线，但测量速度较快。2.1.2 DS18B20内部结构64 位ROM和单线接口存储和控制逻辑高速缓存器温度传感器高温触发器TH低温触发器TL匹配寄存器8 位 CRC 发生器电源检测CDQVDD内部电源VDD图 2.2 DS18B20 内部结构|图 2.2 中出示了 DS18B20 的主要内部部件，下面对 DS18B20 内部部分进行简单的描述 4:(1)64 位 ROM。64 位 ROM 是由厂
13、家使用激光刻录的一个 64 位二进制 ROM 代码，是该芯片的标识号，如表 2.1 所示：表 2.1 64 位 ROM 标识8 位循环冗余检验 48 位序列号 8 位分类编号（10H）MSB LSB MSB LSB MSB LSB第 1 个 8 位表示产品分类编号，DS18B20 的分类号为 10H；接着为 48 位序列号。它是一个大于 281*1012 的十进制编码，作为该芯片的唯一标示代码；最后 8 位为前 56 位的 CRC 循环冗余校验码，由于每个芯片的 64 位 ROM 代码不同，因此在单总线上能够并接多个 DS18B20 进行多点温度实习检验。（2）温度传感器。温度传感器是 DS1
14、8B20 的核心部分，该功能部件可完成对温度的测量通过软件编程可将-55125范围内的温度值按 9 位、10 位、11位、12 位的分辨率进行量化，以上的分辨率都包括一个符号位，因此对应的温度量化值分别为 0.5、0.25、0.125、0.0625，即最高分辨率为0.0625。芯片出厂时默认为 12 位的转换精度。当接收到温度转换命令（44H）后，开始转换，转换完成后的温度以 16 位带符号扩展的的二进制补码形式表示，存储在高速缓存器 RAM 的第 0，1 字节中，二进制数的前 5 位是符号位。如果测得的温度大于 0，这 5 位为 0，只要将测得的数值乘上 0.0625 即可得到实际温度；如果
15、温度小于 0，这 5 位为 1，测得的数值需要取反加 1 再乘上0.0625 即可得到实际温度。（3）高速缓存器。DS18B20 内部的高速缓存器包括一个高速暂存器 RAM 和一个非易失性可电擦除的 EEPROM。非易失性可点擦除 EEPROM 用来存放高温触发器 TH、低温触发器 TL 和配置寄存器中的信息。（4）配置寄存器。配置寄存器的内容用于确定温度值的数字转换率。DS18B20 工作是按此寄存器的分辨率将温度转换为相应精度的数值，它是高速缓存器的第 5 个字节，该字节定义如表 2.2 所示：表 2.2 匹配寄存器TM R0 R1 1 1 1 1 1TM 是测试模式位，用于设置 DS18
16、B20 在工作模式还是在测试模式，在|DS18B20 出厂时该位被设置为 0，用户不要去改动；R1 和 R0 用来设置分辨率；其余 5 位均固定为 1。DS18B20 分辨率的设置如表 2.3 所示：表 2.3 DS18B20 分辨率的设置R1 R0 分辨率 最大转换时间 /ms0 0 9 位 93.750 1 10 位 187.51 0 11 位 3751 1 12 位 750DS18B20 依靠一个单线端口通讯。在单线端口条件下，必须先建立 ROM 操作协议，才能进行存储器和控制操作。因此，控制器必须首先提供下面 5 个ROM 操作命令之一：1）读 ROM；2）匹配 ROM；3）搜索 RO
17、M；4）跳过 ROM；5）报警搜索。这些命令对每个器件的激光 ROM 部分进行操作，在单线总线上挂有多个器件时，可以区分出单个器件，同时可以向总线控制器指明有多少器件或是什么型号的器件。成功执行完一条 ROM 操作序列后，即可进行存储器和控制操作，控制器可以提供 6 条存储器和控制操作指令中的任一条。一条控制操作命令指示 DS18B20 完成一次温度测量。测量结果放在 DS18B20 的暂存器里，用一条读暂存器内容的存储器操作命令可以把暂存器中数据读出。温度报警触发器 TH 和 TL 各由一个 EEPROM 字节构成。如果没有对 DS18B20 使用报警搜索命令，这些寄存器可以做为一般用途的用
18、户存储器使用。可以用一条存储器操作命令对TH 和 TL 进行写入，对这些寄存器的读出需要通过暂存器。所有数据都是以最低有效位在前的方式进行读写。2.1.3 DS18B20供电方式DS18B20 可以采用外部电源供电和寄生电源供电两种模式。外部电源供电模式是将 DS18B20 的 GND 直接接地，DQ 与但单总线相连作为信号线，VDD 与外部电源正极相连。如图 2.3 所示：|单片机DS18B20外部+5V 电源VDDDQ4.7KVCC 其它单线器件图 2.3 DS18B20 外部供电方式图中 DS18B20 的 DQ 端口通过接入一个 4.7K 的上拉电阻到 VCC，从而实现外部电源供电方式。寄生电源供电模式如图 2.4 所示：从图中可知，DS18B20 的 GND 和 VDD 均直接接地，DQ 与单总线相连，单片机其中一个 I/O 口与 DS18B20 的 DQ 端相连。单片机DS18B20GND4.7K图 2.4 DS18B20 寄生电源供电方式+5V2.1.4 DS18B20的测温原理DS18B20 的测温原理如图 2.5 所示, 其主要由斜率累加器、温度系数振荡器、减法计数器、温度存储器等功能部件组成。VCC
