单片机课程设计说明书

### 单片机课程设计说明书知识点详述 #### 一、DS18B20概述 **DS18B20**是由Dallas半导体公司生产的一种先进的数字化温度传感器，它是世界上第一款支持“一线总线”（1-Wire）接口的温度传感器。这种传感器凭借其独特的一线总线接口特性，使得构建传感器网络变得极为简单和经济，从而在温度测量系统的设计中引入了全新的理念。新一代的DS18B20不仅体积更小、成本更低，而且在灵活性方面也有所提升。 #### 二、DS18B20的主要特点 ##### 2.1 特性详解 - **电压适应范围广泛**：DS18B20的工作电压范围为3.0~5.5V，在采用寄生电源模式时，可以直接通过数据线供电，无需额外电源。 - **独特的单线接口**：只需一条数据线就能实现与微处理器之间的双向通信，极大地简化了电路设计。 - **支持多点组网**：多个DS18B20传感器可以并联在同一总线上，方便构建多点温度测量系统。 - **无需外围元件**：所有的传感元件和转换电路都集成在一个类似于三极管的小型集成电路中，减少了外部元件的需求。 - **宽广的温度测量范围**：支持-55℃至+125℃的温度范围，在-10℃至+85℃之间精度可达±0.5℃。 - **可编程分辨率**：分辨率可以在9位至12位之间设置，分别对应0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃的温度分辨率，提供高精度测量选项。 - **快速的温度转换速度**：在9位分辨率下最快可在93.75ms内完成温度转换，而在12位分辨率下则在750ms内完成。 - **强大的抗干扰能力**：温度数据以“一线总线”串行传输给CPU，并附带CRC校验码，确保数据传输的准确性。 - **负压保护**：即使电源极性接反，DS18B20也不会因发热而损坏，只是无法正常工作。 ##### 2.2 引脚定义 - **DQ**：数字信号输入/输出端。 - **GND**：电源地。 - **VDD**：外接供电电源输入端，在寄生电源接线方式时接地。 ##### 2.3 温度计算方法 温度转换后的数值以二进制格式存储在DS18B20的RAM中，二进制中的前5位表示符号位。正温度时，直接将数值乘以0.0625即可获得实际温度；对于负温度，则需先取反加1再乘以0.0625得到实际温度。 ##### 2.4 温度转换过程 - **复位操作**：每次读写之前都需要对DS18B20进行复位。 - **ROM指令**：复位成功后发送ROM指令。 - **RAM指令**：发送RAM指令，实现特定操作。 主要指令包括： - **跳过ROM (0CCH)**：忽略64位ROM地址，直接发送温度转换命令，适用于单个设备工作场景。 - **温度转换 (44H)**：启动DS18B20进行温度转换，结果存储在其内部RAM中。 - **读暂存器 (0BEH)**：读取内部RAM中的9字节数据。 #### 三、硬件设计 ##### 3.1 总原理图 未提供具体细节，但应包括单片机与DS18B20之间的连接，以及必要的外围电路。 ##### 3.2 DS18B20的温度采集过程 - 单片机通过与DS18B20芯片相连的P3.3接口进行通信。 - 发送跳过ROM匹配命令，直接启动温度变换。 - 等待750ms后进行复位。 - 单片机收到复位成功的命令后，发出读温度命令，将数据存入单片机的一个存储单元中。 ##### 3.3 数码管显示过程 - 将得到的十六进制温度数据经程序处理后，通过P2口传送给数码管进行动态显示。 ##### 3.4 报警过程 - 当检测到的温度超过设定范围时，通过P3.0引脚触发音响器报警。 ##### 3.5 时钟电路 - 51系列单片机的时钟信号可以通过内部振荡方式获得，通过XTAL1和XTAL2引脚外接晶体振荡器和电容。 ##### 3.6 复位电路 - 上电后，通过电容充电使RST持续一段时间的高电平，实现复位操作。 #### 四、软件设计 ##### 4.1 程序总框图 未提供具体内容，但应该包含主程序流程、中断服务程序等关键部分。 ##### 4.2 复位程序模块 - 发出500us的复位低脉冲，随后释放总线进入接收状态。 - 探测到I/O引脚的上升沿后，DS18B20会发送一个存在脉冲，最后拉高数据线。 ##### 4.3 读取数据模块 - 主机将单总线拉低，然后释放单总线，DS18B20将数据传输到总线上。 - 数据通过P3口逐位读取。 DS18B20是一款非常实用且先进的温度传感器，不仅具备高精度和快速响应的特性，还因其一线总线接口的设计大大简化了电路设计和组网难度，非常适合用于各种环境监测和控制系统中。