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数字温度计单片机课程设计报告书.doc
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2022-07-13
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数字温度计单片机课程设计报告书.doc
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1 引言
随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一,它
所给人带来的方便也是不可否定的,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,智能化控制方向发展。
2 总体设计方案
2.1 方案论证
根据系统的设计要求,选择 DS18B20 作为本系统的温度传感器,选择单片机
AT89C51 为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。选用数
字温度传感器 DS18B20,省却了采样/保持电路、运放、数/模转换电路以与进行
长距离传输时的串/并转换电路,简化了电路,缩短了系统的工作时间,降低了
系统的硬件成本。
该系统的总体设计思路如下:温度传感器 DS18B20 把所测得的温度发送到
AT89C51 单片机上,经过 51 单片机处理,将把温度在显示电路上显示,本系统
显示器用 4 位共阳 LED 数码管以动态扫描法实现。检测围-55 摄氏度到 125 摄氏
度。
按照系统设计功能的要求,确定系统由 3 个模块组成:主控制器、测温电路
和显示电路。
数字温度计总体电路结构框图如图 1 所示。
图 1 数字温度计总体电路结构框图
AT89C51
主
控
制
器
显示电路
温度传感器
DS18B20
扫描驱动

. . . .
2 / 24
2.2 系统硬件电路的设计
温度计电路设计原理图如图 2 所示,控制器使用单片机 AT89C51,温度传感
器使用 DS18B20,用 4 位共阳 LED 数码管实现温度显示。
图 2 数字温度计设计电路原理图
2.2.1 主控制器
AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压,高性能
CMOS8 位微处理器。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造,与工
业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储
器组合在单个芯片中,ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器,为很多嵌入式控
制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
2.2.2 显示电路
显 示 电 路 采 用 4 位 共 阳 LED 数 码 管 , 从 P0 口 输 出 段 码 , 列 扫 描 用
P3.0~P3.3 口来实现,列驱动用 8550 三极管。
2.2.3 温度传感器工作原理
DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能
温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且
可根据实际要求通过简单的编程实现 9~12 位的数字值读数方式。
DS18B20 的性能特点如下:
●独特的单线接口方式仅需要一个端口引脚进行通信;
●多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上,实现多点组网功能;
●无需外部器件;

. . . .
3 / 24
●可通过数据线供电,电压围:3.0~5.5V;
●测温围-55℃~+125℃,在-10~+85℃时精度为±0.5℃
●零待机功耗
●温度以 9 或 12 位数字量读出;
●用户可定义的非易失性温度报警设置
●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
●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
DS18B20 采用 3 脚 PR-35 封装或8脚 SOIC 封装,其部结构框图如图 3 所示
图 3 DS18B20 部结构框图
64 b 闪速 ROM 的结构如下:�
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,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 1 所列

. . . .
4 / 24
表 1 主机操作 ROM 的命令
DS18B20 温度传感器的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
4 所示。
图 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
LSB
温度高位
MSB
TH
TL
配置
保留
保留
保留
8 位 CRC
指 令
说 明
读ROM(33H)
读DS1820的序列号
匹配ROM(55H)
继读完64位序列号的一个命令,用于
多个DS1820时定位
跳过ROM(CCH)
此命令执行后的存储器操作将针对
在线的所有DS1820
搜ROM(F0H)
识别总线上各器件的编码,为操作各
器件作好准备
报警搜索(ECH)
仅温度越限的器件对此命令做出响
应

. . . .
5 / 24
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 ℃/LSB 形式表示。温度值格式如下:�
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 0.0625 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+125℃的数字输出为 07D0H,+25.0625
℃的数字输出为 0191H,-25.0625℃的数字输出为 FF6FH,-55℃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℃/LSB 形式表示。表 2 是部分温
度值对应的二进制温度表示数据。�
表 2 部分温度值
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