智能仪表课程设计2(2)

在-10～+85℃时精度为±0.5℃。这个传感器最大的特点就是能够从一根总线直接输出二进制的温度信号，不需要A/D转换和信号放大。这样的选择使得整个电路的硬件设计更为简化，节省了单片机的资源。

显示模块：可以使用数码管或者液晶显示，两者皆可。在本设计中，主要使用液晶，

焊接简单且程序调用方便。

按键模块：本设计采用三个按键分别用来设定上限、下限温度。

报警模块：就是当设定的温度在门限温度之外，就会报警，蜂鸣器发出响声。 通信模块：RS-232电平与单片机TTL电平之间的转换方式，可以使用分立元件焊接而

成，也可以直接使用集成芯片MAX232芯片。从电路使用方便的角度来看直接采用集成芯片，适应性更强，加之其价格适中，硬件接口简单。 DS18B20的主要特性

（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.0V～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。

（2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

（3）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。

（4）温度范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃。

（5）可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温。

（6）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。

（7）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。

（8）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 DS18B20采用3脚TO－92封装或8脚SO或μSOP封装，其其封装形式如图2-2所示。

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图2-2 DS18B20的封装形式

DS18B20的64位ROM的结构开始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。

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EEPRAM。高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如图2-3所示。

头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，该字节各位的定义如表2-1所示。

表2-1：配置寄存器

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TM R1 R0 1 1 1 1 1

配置寄存器的低5位一直为1，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为0，用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率，“R1R0”为“00”是9位，“01”是10位，“10”是11位，“11”是12位。当DS18B20分辨率越高时，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。

高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。第9字节读出前面所有8字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。

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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。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃／LSB形式表示。

当符号位s＝0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位s＝1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。输出的二进制数的高5位是符号位，最后4位是温度小数点位，中间7位是温度整数位。表2-2是一部分温度值对应的二进制温度数据。

表2-2 DS18B20输出的温度值

温度值 +125℃ +85℃ +25.0625℃ +10.125℃ +0.5℃ 0℃ -0.5℃ -10.125℃ -25.0625℃ -55℃ 二进制输出 0000 0111 1101 0000 0000 0101 0101 0000 0000 0001 1001 0001 0000 0000 1010 0010 0000 0000 0000 1000 0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1000 1111 1111 0101 1110 1111 1110 0110 1111 1111 1100 1001 0000 十六进制输出 07D0h 0550h 0191h 00A2h 0008h 0000h FFF8h FF5Eh FF6Fh FC90h DS18B20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T＞TH或T＜TL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报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报警搜索。在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC）。主机ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。

4.调节模块介绍

调节模块是由四个按键接地后直接接单片机的I/O口完成的。当按键没有按下时单片机管脚相当于悬空，默认下为高电平，当按键按下时相当于把单片机的管脚直接接地，此时为低电平。程序设计为低电平触发。

5.报警模块介绍

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2.2 系统硬件设计

2.2.1 单片机电路设计

示灯组成。原理图如图2-4所示。

2.2.2 DS18B20温度传感器电路设计

发光二极管组成的。报警时蜂鸣器间歇性报警，发光二极管闪烁。

DS18B20温度传感器是单总线器件与单片机的接口电路采用电源供电方。

报警模块是由一个PNP型的三极管9012驱动的5V蜂鸣器，和一个加一限流电阻的

单片机最小系统是由晶振电路，上电复位、按键复位电路，ISP下载接口和电源指

电源供电方式如图2-7，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。

图2-7 DS18B20电源供电方式

图2-4 单片机最小系统原理图

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当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。 2.2.3 显示电路设计

显示电路是由液晶显示屏进行显示的。 显示电路的总体设计如图2-6所示。

图2-6 显示电路

2.2.4 按键电路设计

按键电路是用来实现调节设定报警温度的上下限和查看上下报警温度的功能。

图2-7按键电路

2.2.5 报警电路设计

报警电路是在测量温度大于上限或小于下限时提供报警功能的电路。该电路是由一个蜂鸣器和一个红色的发光二极管组成，具体的电路如图2-7所示。

图2-7 报警电路原理图

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