课程设计温度采集系统
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06电子《电子技术》课程的课程设计
设计内容：用单片机、温度传感器等器件实现温度采集
设计安排：1.硬件设计。介绍单片机、温度传感器、 显示电路等相关原理与知识；
2.软件设计。 3.用PROTEUS软件对硬件系统进行仿真； 4.两人一组做实物。
课程设计温度采集系统
温 度 采 集 系 统 的 仿 真 效 果 图
课程设计温度采集系统
1. 三种封装：
（1）采用3引脚TO-92的封装形式 （2）采用6引脚TSOC封装形式 （3）采用8引脚SOIC封装形式
NC：空引脚，悬空不用。
VDD：可选电源脚，电源电压范围3～5.5V，当器件工作
在寄生电源时，此引脚必须接地。
DQ（4脚）：数据输入／输出脚。漏极开路，常态下高电平。
课程设计温度采集系统
R1
R0 分辨率 温度最大转换时间
0
0 9位
93.75ms
0
1 10位 187.5ms
1
0 11位 375ms
1
1 12位 750ms
温课度程设值计温分度辨采集率系统设置表
3. DS18B20的测温原理
课程设计温度采集系统
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。图中的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。
课程设计温度采集系统
(4). 配置寄存器
TM R1 R0 1 ห้องสมุดไป่ตู้ 1 1 1
配置寄存器结构 低五位一直都是1 ，TM是测试模式位（出厂时该位 被设置 为0，用户不必改动），用于设置DS18B20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。
USB接口
1
清
万用板
PCB板 10cm*10cm 1
单
复位电路
10uF电容
1
8.2kΩ电阻
1
课程设计温度采集系统
相关知识点的介绍：
一. 温度传感器DS18B20
1-wire Bus(单总线)数字温度传感器芯片DS18B20 是美国Datlas半导体公司（现已并入MAXIM公司）于 20世纪90年代新推出的一种串行总线技术。该技术只 需要一根信号线（将计算机的地址线、数据线、控制 线合为一根信号线）便可完成串行通信。单根信号线， 既传输时钟，又传输数据，而且数据传输是双向的， 在信号线上可挂上许多测控对象，电源也由这根信号 线供给，所以在单片机的低速（约100kbps以下的速 率）测控系统中，使用单根总线技术可以简化线路结 构，减少硬件开销。
GND:电源地
课程设计温度采集系统
2. DS18B20内部结构图 :
DQ
C
VDD
64位ROM
DS18B20主要有4个数据部分：
课程设计温度采集系统
温度传感器 高速缓存器 配置寄存器
（1）. 64位ROM。64位ROM是由厂家用激光刻录一个64位二进 制ROM代码，是该芯片的序列号，它可以看作是该DS18B20的地 址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（10H）是产品分类 标号；接着的48位序列号是一个大于281×10 1的2 十进制数编码；最 后8位是前面56位的循环冗余校验码（ C R C X 8 X 5 X 4 ） 1 。光 刻ROM的作用是使每一个DS18B20的ROM代码都各不相同，这样 就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提 供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。
DS18B20温度值格式表 （高5位为符号位，低12位为二进制数值位）
课程设计温度采集系统
转换后得到的12位二进制数据，存储在 DS18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前 面5位是符号位。
64位ROM的结构
课程设计温度采集系统
(2). 温度传感器。 （DS18B20出厂时被设置为12位）
温度传感器是DS18B20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－55～＋125ºC范围内的温度值按 9位、10位、12位的转换精度进行量化，以上的转换精度都包括 一个符号位，因此对应的温度量化值分别为0.5ºC、0.125ºC、 0.0625ºC，即最高转换精度为0.0625ºC。
课程设计温度采集系统
电路
元器件名称
数量 备注
温 时钟振荡电路
晶振12MHz
1
度
30pF电容
2
采 集 系 统 的 元
控制器 显示电路
STC89C52RC单片机 1
单片机底座
1
0.56寸 4位共阳红色 1 数码管5461BS
A09-102J 排阻 1k
1
器
采集电路
DS18B20温度传感器 1
件
供电电路
课程设计温度采集系统
DS18B20温度数据表 课程设计温度采集系统
(3). 高速缓存器
DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存 RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度 TH、低温度触发器TL和配置寄存器中的信息。
高速暂存器RAM是一个连续8字节的存储器，前两个字节 是测得的温度信息，第1个字节的内容是温度的低8位，第2个 字节是温度的高8位。第3个和第4个字节是高温触发器TH、低 温触发器TL的易失性复制，第5个字节是配置寄存器的易失性 复制，以上字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第6、7、 8个字节用于暂时保留为1。
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 （即求补）再乘于0.0625即可得到实际温度。
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。
设计内容：用单片机、温度传感器等器件实现温度采集
设计安排：1.硬件设计。介绍单片机、温度传感器、 显示电路等相关原理与知识；
2.软件设计。 3.用PROTEUS软件对硬件系统进行仿真； 4.两人一组做实物。
课程设计温度采集系统
温 度 采 集 系 统 的 仿 真 效 果 图
课程设计温度采集系统
1. 三种封装：
（1）采用3引脚TO-92的封装形式 （2）采用6引脚TSOC封装形式 （3）采用8引脚SOIC封装形式
NC：空引脚，悬空不用。
VDD：可选电源脚，电源电压范围3～5.5V，当器件工作
在寄生电源时，此引脚必须接地。
DQ（4脚）：数据输入／输出脚。漏极开路，常态下高电平。
课程设计温度采集系统
R1
R0 分辨率 温度最大转换时间
0
0 9位
93.75ms
0
1 10位 187.5ms
1
0 11位 375ms
1
1 12位 750ms
温课度程设值计温分度辨采集率系统设置表
3. DS18B20的测温原理
课程设计温度采集系统
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。图中的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。
课程设计温度采集系统
(4). 配置寄存器
TM R1 R0 1 ห้องสมุดไป่ตู้ 1 1 1
配置寄存器结构 低五位一直都是1 ，TM是测试模式位（出厂时该位 被设置 为0，用户不必改动），用于设置DS18B20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。
USB接口
1
清
万用板
PCB板 10cm*10cm 1
单
复位电路
10uF电容
1
8.2kΩ电阻
1
课程设计温度采集系统
相关知识点的介绍：
一. 温度传感器DS18B20
1-wire Bus(单总线)数字温度传感器芯片DS18B20 是美国Datlas半导体公司（现已并入MAXIM公司）于 20世纪90年代新推出的一种串行总线技术。该技术只 需要一根信号线（将计算机的地址线、数据线、控制 线合为一根信号线）便可完成串行通信。单根信号线， 既传输时钟，又传输数据，而且数据传输是双向的， 在信号线上可挂上许多测控对象，电源也由这根信号 线供给，所以在单片机的低速（约100kbps以下的速 率）测控系统中，使用单根总线技术可以简化线路结 构，减少硬件开销。
GND:电源地
课程设计温度采集系统
2. DS18B20内部结构图 :
DQ
C
VDD
64位ROM
DS18B20主要有4个数据部分：
课程设计温度采集系统
温度传感器 高速缓存器 配置寄存器
（1）. 64位ROM。64位ROM是由厂家用激光刻录一个64位二进 制ROM代码，是该芯片的序列号，它可以看作是该DS18B20的地 址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（10H）是产品分类 标号；接着的48位序列号是一个大于281×10 1的2 十进制数编码；最 后8位是前面56位的循环冗余校验码（ C R C X 8 X 5 X 4 ） 1 。光 刻ROM的作用是使每一个DS18B20的ROM代码都各不相同，这样 就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提 供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。
DS18B20温度值格式表 （高5位为符号位，低12位为二进制数值位）
课程设计温度采集系统
转换后得到的12位二进制数据，存储在 DS18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前 面5位是符号位。
64位ROM的结构
课程设计温度采集系统
(2). 温度传感器。 （DS18B20出厂时被设置为12位）
温度传感器是DS18B20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－55～＋125ºC范围内的温度值按 9位、10位、12位的转换精度进行量化，以上的转换精度都包括 一个符号位，因此对应的温度量化值分别为0.5ºC、0.125ºC、 0.0625ºC，即最高转换精度为0.0625ºC。
课程设计温度采集系统
电路
元器件名称
数量 备注
温 时钟振荡电路
晶振12MHz
1
度
30pF电容
2
采 集 系 统 的 元
控制器 显示电路
STC89C52RC单片机 1
单片机底座
1
0.56寸 4位共阳红色 1 数码管5461BS
A09-102J 排阻 1k
1
器
采集电路
DS18B20温度传感器 1
件
供电电路
课程设计温度采集系统
DS18B20温度数据表 课程设计温度采集系统
(3). 高速缓存器
DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存 RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度 TH、低温度触发器TL和配置寄存器中的信息。
高速暂存器RAM是一个连续8字节的存储器，前两个字节 是测得的温度信息，第1个字节的内容是温度的低8位，第2个 字节是温度的高8位。第3个和第4个字节是高温触发器TH、低 温触发器TL的易失性复制，第5个字节是配置寄存器的易失性 复制，以上字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第6、7、 8个字节用于暂时保留为1。
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 （即求补）再乘于0.0625即可得到实际温度。
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。