测温系统的设计--大学毕业论文设计.doc

微机原理及应用课程设计说明书

交通与汽车工程学院
课程设计说明书

课 程 名 称: 微机原理及应用课程设计
课 程 代 码:
题 目: 测温系统的设计
年级/专业/班:
学 生 姓 名:
学　　 号:
开 始 时 间: 2012 年 07 月 02 日
完 成 时 间: 2012 年 07 月 06 日
课程设计成绩：
学习态度及平时成绩（30）
技术水平与实际能力（20）
创新（5）
说明书（计算书、图纸、分析报告）撰写质量（45）
总 分（100）

指导教师签名： 年 月 日

目 录
摘要………………………………………………………………………………………………2
1引言……………………………………………………………………………………………3
1.1 问题的提出 ……………………………………………………………………………3
1.2 任务与分析……………………………………………………………………………3
2 方案设计……………………………………………………………………………………5
2.1 系统设计方案……………………………………………………………………………5
2.2 系统总体框图……………………………………………………………………………5
3 系统硬件设计…………………………………………………………………………………6
3.1 89C51单片机……………………………………………………………………………6
3.2 DS18B20芯片……………………………………………………………………………8
3.3 单片机外围电路………………………………………………………………………11
3.4 LED数码管显示电路…………………………………………………………………12
4系统软件设计………………………………………………………………………………14
4.1 Proteus软件环境介绍…………………………………………………………14
4.2 Keil uVision3软件环境介绍………………………………………………………14
4.3 Protel软件环境介绍…………………………………………………………………15
4.4系统软件分析……………………………………………………………………………16
4.5程序流程图……………………………………………………………………………17
5 系统调试过程……………………………………………………………………………19
5.1 Protel电路调试…………………………………………………………………19
5.2 Keil uVision3程序调试…………………………………………………………20
5.3 Proteus的设计、绘制和仿真…………………………………………………20
5.4 PCB的生成与布线…………………………………………………………………20
总结…………………………………………………………………………………………22
致谢…………………………………………………………………………………………23
参考文献……………………………………………………………………………………24
附录…………………………………………………………………………………25
附录1 电路原理图…………………………………………………………………25
附录2 程序代码…………………………………………………………………26
摘 要
随着单片机的普及科技的进步，功能更强、可靠性更高、价格更低的单片机越来越被广泛用在工业控制，智能仪器仪表、办公室自动化、家用电器等诸多领域上。
本设计是基于89C51单片机为控制核心的测温系统设计。系统采用了达拉斯美国Dallas半导体公司的DS18B20测温芯片构成了测温电路，实现了温度的测量。在系统显示部分，采用了共阴的LED数码管构成了显示模块，此模块用于温度的显示信息。本设计说明书对该系统的硬件电路，工作原理、软件设计进行了详细的介绍，给出了软件设计的流程图和主要源代码，经过仿真调试，达到设计功能要求。
关键词：测温系统;51单片机; DS18B20;测温传感器

1 引 言
1.1 问题的提出
随着人类科技文明的发展，人们对于测温装置的要求在不断地提高。传统的测温装置已不能满足当今很多方面的要求。多功能、小体积、低功耗、快速性，是现代测温装置发展的趋势。在这种趋势下，以单片机为控制核心，温度传感器为重要部分测温装置是当今的重要发展方向。
传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器，但热敏电阻的可靠习惯差，测量温度准确率低，而且必须经过专门的接口电路转换成数字信号才由单片机处理。本次采用DS18B20温度传感器来实现基于51单片机的数字温度计的设计。
该数字温度计利用 DS18B20温度传感器及其接口电路完成温度的测量并转换成电压信号，经由数模转换器转换成单片机能够处理的数字信号，送到单片机进行处理变换，最后经过三极管的放大显示在共阴极数码管上。系统以51单片机为控制核心，加上测温电路，AD数模转换器，6位温度数据显示数码管以及外围电源电路组成。
1.2任务与分析
任务分配：本次课程设计，我们以组为单位，共同合作完成作业。我们组有吴智敏、王桃、舒树东、邱飞和赵秋云共五名同学。整个设计过程中我们是这样分工的：吴智敏负责使用Proteus和Keil3两个软件来仿真电路设计和程序编译工作；王桃负责Protel原理图绘制；舒树东负责PCB布线；邱飞和吴智敏共同完成Proteus；邱飞对LED数码管显示器的类型和连线进行分析；赵秋云主要负责写说明书的编写。
在本次设计中，在DS18B20和热敏电阻的选取上听取了孙老师的意见和分析后，决定选择使用相对更为流行的智能化热敏传感器DS18B20，在程序设计方面也遇到了问题，大家一起讨论后及时改正并调试成功。
本次设计的系统的控制中心是AT89C51单片机。首先，在Protel软件环境中进行硬件电路图的设计。然后在Keil3软件环境中进行系统的软件编程，并进行程序源文件的修正和编译，生成hex文件。此hex文件是硬件电路运行实现的源代码来源。把hex文件加载到AT89C51单片机芯片，然后在Proteus软件环境中模拟仿真，测温装置的温度正常显示。
本设计的系统主要由:AT89C51为中央处理芯片，用于数据处理，初值设定。温度传感器DS18B20是本例的另一核心模块，由它作温度传感器，提供温度信息。经单片机进行数据接受处理，再由通过对应IO口输出，最后LED数码管实时显示。本系统可以分为以下5大模块：
(1)AT89C51模块：用于数据处理，和外围的测温芯片通信，并控制信号传输过程，采集时间信息并予以处理。
(2)DS18B20模块：用于测量温度，利用温度传感器及接口电路完成温度的测量并转换成模拟电压信号,经由数模转换器转换成单片机能够处理的数字信号。利用DS18B20数字温度传感器可提高测量精度。
(3) RESPACK模块：用于稳定电压，限制高电流。
(4)数码管显示模块：显示模块采用普通的共阴6位LED数码管，此模块用于温度的实时信息显示。
(5)程序部分：主要包括单片机控制测温芯片的接口程序（实现单片机和DS18B20芯片之间的数据传输过程）和数码管显示程序。

2 系统方案设计
2.1 系统设计方案
通过查阅相关资料，设计初期共有2个方案供我选择，分别是：（1）采用89C51单片机，普通热敏电阻组成的测温系统；（2）采用89C51单片机，DS18B20芯片组成的测温系统。
（1）采用89C51单片机组成的测温系统：
此系统的硬件部分主要是由89C51单片机，0809芯片，热敏电阻所组成。经热敏电阻感应出模拟电压信号，进行A/D转换后，可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上就可以将温度显示出来，而这需要比较多的外部的硬件的支持，硬件电路复杂（需要用到A/D转换电路，感温电路），软件调试相对复杂，制作成本也很高。
所以这个设计理论不符合这次我们对产品的要求，应继续来考虑另一可行方案。
（2）采用89C51单片，DS18B20芯片组成的测温系统：
此方案在硬件部分主要采用了89C51单片机，DS18B20芯片，LED显示器。该系统的最大特点是采用了相对智能化的芯片即DS18B20。在自身功能上进行了扩充，加上其单线制的使用，使得硬件连线显得较为简单。同时在软件部分，程序显得层次分明。
我们综合讨论并请教孙老师分析后，确定设计采用第2方案。
2.2 系统总体框图
单片机
主
控
制
器
显示器

前端处理（AD转换）
温度传感器

扫描驱动

图2-1 系统总体框图
当程序启动后，程序进入初始化阶段。温度传感器DS18B20把所感应处理测得的温度数据发送到AT89C51单片机上，经过51单片机进行数据处理，将温度在LED数码管上显示。本系统显示器用6位共阴LED数码管以动态扫描法的方式实现。检测范围-55摄氏度到+125摄氏度。
3 系统硬件电路设计
硬件主要包含AT89C51单片机、DS18B20测温传感器、LED数码管显示器。
3.1 89C51单片机
 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。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，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机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。

图3-1 89C51单片机引脚图

89C51单片机与早期Intel的8051/8751/8031芯片的外部引脚和指令系统完全兼容，只不过用Flash ROM 替代了ROM/EPROM而已[3]。89C51单片机内部结构如图所示。

图3-2 89C51单片机内部结构示意图
各引脚的功能如下：
VCC：供电电压。
GND：接地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR 8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。
：当保持低电平时，则在此期间CPU只访问外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，将内部锁定为RESET；当端保持高电平时，则执行内部程序存储器中的程序。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
  XTAL2：来自反向振荡器的输出。 
3.2 DS18B20芯片
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。
（1）DS18B20 的性能特点如下；
（2）独特的单线接口方式仅需要一个端口引脚进行通信；
（3）多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能；
（4）无需外部器件；
（5）可通过数据线供电，电压范围：3.0～5.5V；
（6） 测温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃；
（7） 零待机功耗；
（8）温度以9或12位数字量读出；
（9）用户可定义的非易失性温度报警设置
（10）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
（11）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，本次所用DS18B20采用3脚PR－35 封装，其内部结构框图如图所示：

64
位
ROM
和
单
线
接
口
存储器与控制逻辑

高
速
缓
存
外接单片机
温度传感器
高温触发器TH
低温触发器
配置寄存器
8位CRC发生器
GND

图3-3 DS18B20内部结构框图
主机操作ROM的命令有五种，如表1所列
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

表3-1 主机操作ROM的命令
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3-4 DS18B20内部存储器和存储器的结构
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。
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：

图3-5 温度值格式
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3-2 温度值对应的二进制位
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DS18B20同时测量温度并进行告警搜索。
在64位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的前 56位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。如下图，为仿真电路中的AT89C51。

图3-6 仿真电路中的AT89C51

3.3 单片机外围电路
利用芯片内部振荡电路，在XTAL1、XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路便产生自激振荡，用示波器可以观察到XTAL2输出脉冲信号。
最常用的内部时钟方式是采用外接晶体和电容组成的并联谐振回路，不论是HMOS还是CHMOS型单片机其并联谐振回路及参数相同。
振荡晶体选择12MHZ。电容无严格要求，电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响，C1和C2可在20—100pF取值。

图3-7 内部时钟电路

图3-8复位电路
3.4 LED数码管显示电路
在单片机应用系统中使用LED显示块构成N位LED显示器。N位LED显示器有N根位选线和8*N根段选线。根据显示方式的不同，位选线和段选线的连接方法不同。段选线控制字符选择，位选线控制显示位的暗、亮。
LED显示器有静态显示和动态显示两种方式。
（1）LED静态显示。LED显示器工作在静态显示的方式下，共阴极或共阳极连接在一起接地或+5V；每位段选线（a—dp)与一个8位并行口相连。N为静态显示器要求有N*8根I/O接口线，占用I/O资源较多，所以在位选较多时往往采用动态显示方式。
（2）LED动态显示。在多位LED显示时，为简化电路，降级成本，将所有位的选线并联在一起，由一个8位I/O口控制，而共阴极点或共阳极点分别有相应的I/O接口线控制。
8位LED动态显示电路只需要两个8位I/O接口。其中一个控制段选码，另一个控制位选。由于所有位的选码皆有一个I/O控制。因此，在每个瞬间，8位LED只能显示相同的字符，要想每位显示不同的字符，必须采用扫描显示方式。即在每一瞬间只使某一位显示相应字符。在此瞬间，段选控制I/O在该显示位送入选通电平，以保证该位显示相应字符。如此轮流，使每位显示该位相应字符，并保持延时一段时间，以造成视觉暂留效果。
（3）LED显示器接口。从LED显示器的显示原理可知，为了显示字母数字，必须转换成相应的段选码。这种转换可以通过硬件译码器或软件进行译码。
硬件译码显示器接口：BCD—7段十六进制译码驱动显示接口。
单片机应用系统中，通常要求LED显示器能显示十六进制及十进制带小数点的数。因此在选择译码器时，要能够完成BCD码至十六进制的锁存、译码，并且具有驱动功能，否则就不采用软件译码接口。
软件译码显示接口。由于单片机本身有较强的逻辑控制能力，采用软件译码并不复杂，而且软件译码逻辑可随意编程设定，不受硬件译码逻辑限制，采用软件译码还能简化硬件电路结构。因此，在单片机应用系统中，使用最广的软件译码的显示接口。下图为六位数码管仿真电路。

图3-9 添加驱动电路的数码管显示电路

4 系统软件设计
4.1 Proteus软件环境介绍
本系统的硬件设计首先是在Proteus软件环境中仿真实现的。Proteus软件是来自英国Labcenter electronics公司的EDA工具软件，Proteus软件有十多年的历史，在全球广泛使用，除了具有和其它EDA工具一样的原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，它的电路仿真是互动的。针对微处理器的应用，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试。如果有显示及输出，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等，还能看到运行后输入输出的效果。Proteus建立了完备的电子设计开发环境，尤其重要的是Proteus Lite可以完全免费，也可以花微不足道的费用注册达到更好的效果。
Proteus是目前最好的模拟单片机外围器件的工具。可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU及其外围电路（如LCD，RAM，ROM，键盘，马达，LED，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件...）。在没有硬件的情况下，Proteus能像pspice 仿真模拟/数字电路那样仿真MCU及外围电路。另外，即使有硬件，在程序编写早期用软件仿真一下也是很有必要的。Proteus软件主要具有以下几个方面的特点：
（1）设计和仿真软件Proteus 是一个很有用的工具，它可以帮助学生和专业人士提高他们的模拟和数字电路的设计能力。
（2）它允许对电路设计采用图形环境，在这种环境中，可以使用一个特定符号来代替元器件，并完成不会对真实电路造成任何损害的电路仿真操作。
（3）它可以仿真仪表以及可描述在仿真过程中所获得的信号的图表。
（4）它可以仿真目前流行的单片机，如PICS, ATMEL-AVR, MOTOROLA, 8051 等。
（5）在设计综合性方案中,还可以利用ARES开发印制电路板。
4.2 KeiluVision3软件环境的介绍
Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。
Keil公司是一家业界领先的微控制器（MCU）软件开发工具的独立供应商。Keil公司由两家私人公司联合运营，分别是德国慕尼黑的Keil Elektronik GmbH和美国德克萨斯的Keil Software Inc。Keil公司制造和销售种类广泛的开发工具，包括ANSI C编译器、宏汇编程序、调试器、连接器、库管理器、固件和实时操作系统核心(real-time kernel)。有超过10万名微控制器开发人员在使用这种得到业界认可的解决方案。其Keil C51编译器自1988年引入市场以来成为事实上的行业标准，并支持超过500种8051变种。Keil公司在2007年被ARM公司收购。其两家公司分别更名为ARM Germany GmbH和ARM Inc和。Keil公司首席执行官Reinhard Keil表示：“作为ARM Connected Community中的一员，Keil和ARM保持着长期的良好关系。通过这次收购，我们将能更好地向高速发展的32位微控制器市场提供完整的解决方案，同时继续在uVision环境下支持我们的8051和C16x编译器。”
C51工具包的整体结构，uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及C51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。
4.3 Protel软件环境介绍
Protel印制板设计软件包是澳大利亚Protel Technology公司与1990年推出的电子CAD产品，具有方便、易学、实用、快速以及高速度、高步通率的特点。它采用了分层次下拉窗口菜单结构形式，用户基本上不需要记背太多的键盘命令，用鼠标点击菜单命令就能操作，Protel有着很高的自动布线布通率。布通率是电子产CAD产品的一项重要指标，它反映电子元件在电路图中连接关系有多少能在印刷版图中实现。在设计常用的单、双面印制板时只要选择适当的元件布局和布线策略方法，Protel就可以轻易的达到98%-100%的布通率。对于极少数不能布通的定方，Protel可以用飞线指示出来，引导用户用手工方法连通。另外，Protel有强大的宏命令设置功能，利用宏命令功能多定义的热键可以大大提高操作速度。
Protel对微机的软硬件配置要求很低：cpu在8088以上，dos2.0以上版本，内存640kb以上，双软件（或一个软件一个硬盘），单色显示器（多层板设计时最好用彩色），各种兼容打印机。也能在Windows9X平台的模拟DOS下运行。
Protel已成为印制板设计加工方面的工业标准。据初步统计Protel在CAD的市场占有率达 95%，成为电子产品制造业界的首选CAD软件。
4.4系统软件分析
任何一个应用系统，它们都有着自己的硬件系统和软件系统，少了任何一个部分都不可能称之为一个完整的应用系统，它们之间是相互依存的一个整体，硬件系统是软件系统的一个基础和前提，为软件系统提供了一个操作平台；而软件系统是硬件系统的灵魂，它对硬件系统起到扩充和完善的作用。可想而知软件系统与硬件系统同等重要，下面为系统软件设计过程：
本次传感器采用DS18B20集成模块，他采用单总线协议，即与单片机接口仅需占用一个I/O口 ,无需任何外部元件，直接将环境温度转化为数字信号，一数字码方式串行输出。大大简化了硬件电路的设计。当对该模块和单片机初始化后，启动DS18B20后, DS18B20就可以自动把温度读出，然后传给单片机。DS18B20测温原理如图4-1所示。

图4-1： DS18B20测温原理框图
（1）图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。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，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，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。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。
（2） LED动态扫描显示方式的设计
1）单片机P2.0—P2.4输出位选信号,通过数码管驱动电路，由单片机控制IO口输出电平，选定某数码管的某一位。
2）单片机P0.0－P0.7输出段选信号，具体控制数码管的某一位上的LED，输出对应段码，采用动态显示，使连线简单。
位选线
LED被选中位所代表的含义
P2.0
温度的百位
P2.1
温度的十位
P2.2
温度的个位
P2.3
温度的小数点后一位
P2.4
温度的小数点后两位
表4-1 位选线定义表
4.5 程序流程图
主程序流程图 ：
返回
单片机数据处理
温度值显示
读取温度值
启动DS18B20芯片
初始化DS18B20芯片和单片机
开 始

图4-2 主程序框图
主序流程图声明：
因为使用了测温芯片DS18B20， DS18B20会自动进行模数转换，输出温度数字信号，供给单片机处理。单片机处理以后，通过IO口输出，经驱动电路显示在LED数码管中。程序初期，必须对DS18B20和单片机进行初始化，否者不能正常。实时温度测试中，对温度读写程序设置了相关的短延时操作，方便计数，并循环反复读写和显示。
在数码管显示程序中，通过温度传感器送来的信号值大小，做除法运算后进行位选，瓶通过P0口将对应段码显示到对应数码管，通过延时操作，显示下一位，直到六位数码管，动态循环显示。如下图为Keil3C语言的编译环境。

图4-3 Keil3 C程序编

5 系统调试仿真过程
通过上面的硬件设计和软件设计过程，设计的工作已经基本完成，接下来的工作就是对所设计好的应用系统进行调试。通过调试可以检查出电路设计中出现的一些错误，从而进行修改调整。
5.1 Protel电路调试
在Protel的元件库里没有六位共阴极数码管，单击【Edit】按键，对元件库的DYP_7SEG_DP数码管进行编辑，添加一个位选引脚，再并排放置五个，使其成为六位共阴极数码管，再建立新的封装库编写其封装，连线。电路调试：单击【ERC】按键，进行节气点ERC检查；单击【Bill of Material】生成元件列表，检查元器件封装;单击【Creat Netlist】生成网络列表，为生成PCB图做准备。在PCB中加载网络列表，生成PCB图。

图5-1 ERC电气规则检查结果显示没有错误

图5-2 封装检查
必须对元器件封装进行检查，假如不正确，是不能生成PCB图的，结果显示封装检查无误。
5.2 Keil uVision4程序调试
程序经过调试显示“0错误，2警告”。不影响程序编译和生成hex文件，和电路仿真的进行，故程序调试通过。

图5-3 编译结果
5.3 Proteus的设计、绘制和仿真
首先列出单片机芯片AT89C51,测温芯片DS18B20，排阻RESPACK，LED显示器，然后连线。将在keil软件里已经编译好的程序输入单片机。双击单片机，加载编译好的程序生成的hex文件，按下仿真按钮，观察仿真是否正常进行。调试，结果满足设计要求。

图5-4 protues仿真图

图5-5 protues仿真图2
5.4 PCB的生成与布线
生成PCB之前，应该先用【KeepOutLayer】绘制禁止布线层。单击【Load Nets】加载网络列表将元器件加载进禁止布线层。然后将元器件合理布局，【Auto Route】/【All】进行布线，可以选择自动布线，也可以手动布线，并检查布线是否正确与完整。

图5-5 PCB电路图布线成功
总 结
本次设计首次采用了DS18B20测温传感器，此芯片稳定性好，并且功能强大。采用89C51单片机，在系统中的作用，该测温传感器处理后的数字信号直接传送单片机读取，并执行数码管显示操作。本系统采用Proteus仿真软件和keil3 C程序编译组合的联调的方法。其最大特点是：硬件电路简单，安装方便易于实现，软件设计独特、可靠。
设计中，理论指导实践可以达到事倍功半的效果，有坚实的理论做基础将会使设计变得得心应手。在设计的过程中应注意充分利用并扩展所学过的基础知识，设计的过程就是学习的过程，在设计过程中验证理论的正确性，弥补知识的漏洞。正确对待设计过程中遇到的错误，遇到错误与问题要敢于面对并设法找到解决的办法。此次课程设计，我查阅了不少相关资料，更深刻地认识和巩固了平时所学的知识，使理论与实践有机结合，提高了我对所学专业的兴趣并积累了一些相关经验。我认为这就是一种很好的提高自身能力的方法。通过这个课程设计，使我发现，原来小小的一片单片机有这么强大的功能，能应用于各种领域。我应该在自己以后的学习中，不仅要有刻苦努力，要有钻研精神，还要有创新，对自己感兴趣的一定要用心去学。虽然自己尽了很大的努力，但是还有很多不尽人意的地方,我想大概是由于开展独立开发经验不足的缘故吧，作为一个学汽车电子的学生，我想我有必要通过这次课更多的了解自己的不足，从而在以后的学习工作中不断增强自己的动手能力，争取在电路设计方面取进步。该电路还有很多缺陷。今后我要加强学习，去认识更深层的科学知识，使我设计出来的东西更加完美。要严格要求自己，就像严格要求设计的每一个细节一样。
环境中，比如汽车驾驶室的温度测量中。在进一步的研究中还可以考虑加入温度的报警等功能，本次设计涉及了主要的测温以及显示功能，可以将之使用在DS18B20适用测温范围的相信会使之更加完善。
本次设计我们的任务是设计温度测量系统。在本次设计中，我们第七小组进行了细致的分工，充分发挥了团队协作能力。我主要是写说明书。在写说明书的过程中，由于之前对很多软件都不是很了解，我遇到了很多的困难，不过在孙老师和同组同学的帮助指导下及查阅资料后，我逐一克服了它们，对这些软件也有了一定的熟悉。同时孙老师也为我们其他的设计提出了很多宝贵的意见。本次设计我们小组成员互相帮助，经过各方面努力，最终完成了设计。

致 谢
在孙仁云老师的悉心指导下，我完成了本次课程设计。在孙老师的指导下，我完成了本次设计。孙老师拥有专业知识，严谨治学态度，精益求精作风给我留下了很深的印象，不仅如此，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。在课程设计里面，他让我重新认识到了专业知识学习的重要性，还使我明白了许多为人处世的道理。
本设计从选题到完成，每一步都是在他的悉心指导下完成的，倾注了孙老师大量的心血。另外，本设计的完成也离不开其它同学给我的建议和帮助，是他们让我明白了团队合作的精神。在此，我谨向孙老师和帮助过我的同学们，表示崇高的敬意和衷心的感谢！
参考文献
[1] 徐峥颖.Protel99SE ED