1、目錄1、課程設計目的.22、課程設計內容和要求2.1、 設計內容 .22.2、 設計要求 .23、設計方案 .23.1、 設計思路 23.2、 工作原理及硬件框圖 .33.3、 硬件電路原理圖 73.4、 PCBfi 圖設計 104、課程設計總結.105、參考文獻 11lecricty li nes, e- pmet i nseci ons foudhdden i 9, an ope. -n- smosui o repel let, a -i ng. Wlout us appi a s-t 0-10 liveon campus - members mus by re - d tie "

2、;ho od.seofg_in sCool stom. - r proper -, p<y ate roof,os ng fe u». be and an - te si s teg U-yCe ck, the c.e . w o-s musbe cetied, strcy ly opeain opelon, g_t.k.nd Sove s y dis- ne of 15 m-s . tpreve nt acients 3, the <dve- -used by g wshe dd uti lu Ja pig eementay -hool "ch 206 Xa

3、ng Li -ay sCoolpi ne s opes iudi ng -ym-t-e nt- 1t-ch- a nd Sudents t he suroudi ng - of Ie “ool gve pi .onsi as pay a tec-pusas Id upon". onal c- 31d t mpl _et .dr. a or alHiis.e-a Dielor- on Bu-migas rmrua as fr p- ha d hae ase .Cr-ons biiy oflC dent d-ent -ipesns ae, phys-l mac. Roue 3aonsre

4、ore d scoolofca ctviesl ooat on, " d su<ey ssoupo'ce d be cared out in a d-aceas4, y day beorescool,ea ches emi nd s u-s,ppya.dexa n the si sc001to cmpywt- y 5,soUd e-cae sUdes thcle saey e-i es respct sca etics ad-aius rrguains, moas.5 - ca .ning pUlc.：；：1、課程設計目的(1)掌握電子電路的一般設計方法和設計流程；(2

5、)學習簡單電路系統設計，掌握 Protel99的使用方法；(3) 了解數字體溫計電路的基本實現原理；(4)掌握計數器、顯示等中規模數字集成器件的邏輯功能和使用方法;(5)學習掌握硬件電路設計的全過程。2.設計內容和要求數字體溫計電路具體設計要求如下：(1)查閱所用器件技術資料，詳細說明設計的數顯溫度測量儀電路工作流程；(2)溫度測量范圍：28c45C,測量精度為0.1 C,數字顯示為數三位。(3)響應時間小于5s;(4)測量完成后，自動發出短促的鳴叫聲，進行提示。3設計方案3.1 、設計思路及方案比較3.1.1 方案一由于本設計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫

6、 度變化的電壓或電流采集過來，進行 A/D轉換后，就可以用單片機進行數據的處理，在顯示 電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設計需要用到 A/D轉換電路，感溫電路比較麻煩。 3.1.2方案二進而考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常 容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉換，就可以滿足設計要求。從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設計也比較簡單，故 米用了方案二。3.2 方案二的總體設計框圖溫度計電路設計總體設計方框圖如圖 1所示，控制器采用單片機 AT89S51,溫度傳感器

7、采用DS18B20,用4位LED數碼管以P0 口直接傳送數據實現溫度顯示。preventin, food poisning, peventinof fal ients ', t h e acvie s near the rves, resev.i* nome res or dnot meet Ie - cuiy re quiements of theOrganizain and not et SUdents i"the waer圖1總體設計方框圖3.2.1 主控制器單片機AT89S51具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路 系統的設計需要，很適合便攜手

8、持式產品的設計使用系統可用二節電池供電。3.2.2 顯示電路顯示電路采用4位共陽LED數碼管，接受從P03 口輸出段碼。并采用譯碼器控制數碼管的 掃描和顯示。3.2.3 溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是美國 DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統的 熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現91 2位 的數字值讀數方式。 DS18B20的性能特點如下： 獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信； 多個DS18B20T以并聯在惟一的三線上，實現多點組網功能； 無須外部器件； 可通過數據線供電，電壓范圍為 3.05.5V; 零待

9、機功耗； 溫度以9或12位數字； 用戶可定義報警設置； 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件； 負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發熱而燒毀，但不能正常工作；DS18B2CR用3腳PR- 35封裝或8腳SOIC封裝，其內部結構框圖如圖 2所示。 -cients',th e acivties ne the rve.r-ev.is no meaur_ ord not me. te -iyre ntsiI tthe W.r2圖2 DS18B20內部結ectcyli :-, e-i pmetise cions maie,. a .d scui y.9,fa - n

10、-smo-ret, iig. ayhou- hoda pp.- lwed 1e a de-caef a nd Ci dre eay t oie 1, houehod uue of .si n sCools to m-teprope u -pr.of eproof-s'.vealer ue t ensr scuiy. 2 bed, ad -nu- toe. yche-tin .pel on, - nne.f15 mete. t" - nt -cients 13, the a-ese.on- nnescuued by seye-s Wl y n.Li J- pi. e Mac.1

11、6X-J- pi. e-e-y scool - manet sy stm Iteche s ad sudet.t Ie nec ne -n. -d oie a-d me-. of m_nin. a ng. n.' - .se c. i nt.a- go.salobtain -Wde .port ad ul l copea On t he. in.ho.s Soud 2, slool wbily 6 te estalshmetof emegeny r_e esof eales in sCools . hi.aer a nd del oyd S on. Li Xia. Li u j pin

12、. eetay sloolMac 206 sn. Li Xia.ok a te -me tme soudLiu may scool e appy atetin to the saey mana|.met of sCoolenV.nmet soud tae te iiat - toces a nd s-es . ni mannken. s - tmo” con-c te dstic pol - -in, tev 2on a .v be e-ces ad -. " Commi.eCr t on - Ceete .-pa nd -".-. mTow nshir nmetbu. n

13、es u. be Asc rev- t depames t o d a. 0fletv.s ed 3,eace ond" Wth te upon “e.onaCen3 1ageid 1mpl e"”cinsi n .hoos, sho" .o o evionmeta i ate cmpu. fud tppro puy e - -(ue- ila and a . of acient.accdfeet.utea .ecfcr-0ns b.y ppy pesons H , phy -.“Ro - I aons reortd -stin ia .ey manei.C te

14、 sey of .-e nts 4,eveyc. . .l dsu” - -ace - .oul-y bfe ichool tad exl-n the .u.0ntce srrmid st “scool t cmpy -h vn s - y mentd Iduces cs nd vaious muatons, mnt aid " . wss, befe t he lnefre pa 5 - c a»iy mu.” seurty -e- ncy e.onne pl- fr a cde. -hkn. pcc" ppy dekn to Ire溫度 LSBWMSBTH用戶

15、字節1TL用戶字節2配置寄存器mlml保留 一CRCTMR1R011111圖3DS18B20字節定義由表1可見，DS18B2CW度轉換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數據轉 換時間越長。因此，在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。3.3、工作原理及硬件框圖3.3.1 DS18B20的測溫原理和溫度轉換DS18B20勺測溫原理是這這樣的，器件中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小， 用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器1 ;高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩頻率明 顯改變，所產生的信號作為減法計數器2的脈沖輸入。器件中還有一個計數門，當計數門打 開時，DS18B20就對低溫度系

16、數振蕩器產生的時鐘脈沖進行計數進而完成溫度測量。計數門 的開啟時間由高溫度系數振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55 C所對應的一個基數分別置入減法計數器1、溫度寄存器中，計數器1和溫度寄存器被預置在-55c所對應的一個基數值。減法計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當減法計數器1的預置 值減到0時，溫度寄存器的值將加1 ,減法計數器1的預置將重新被裝入，減法計數器1重 新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環直到減法計數器計數到0時， 停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計 數器的預置值，只要計數器門仍未關閉就重復上述過

17、程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。表2 一部分溫度對應值表溫度/ c一進制表小十八進制表小+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 00011001 00000191H+10.1250000 00001010 000100A2H+0.50000 00000000 00100008H00000 00000000 10000000H-0.51111 11111111 0000FFF8H-10.1251111 11110101 1110FF5EH-25.06251111 111001101111FE6FH

18、-551111 11001001 0000FC90H另外，由于DS18B2沖線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統對 DS18B20的各種操作按協議進行。操作協議為：初使化DS18B20（發復位脈沖）一發 ROM功能命令一發存儲器操作命令一處理數據。3.3.2 系統軟件算法分析系統程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數據刷新子程序等。主程序主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20勺測量的當前溫度值，溫度測量每1s進行一次。這樣可以在一秒之內測量一次被測溫度，其程序流程見圖7所示。發溫度轉換開始命令圖4主

19、程序流程圖圖3.2讀出溫度了程1lt"y es q e -L tsdei cfca- itaeseu-9sefa - ts-g stve- c is q - .elc e slfg-e c - ae t ate .aegVsa t w- uafc e rtc ysug ev-esi sil-2sc aavt.t si.it6ta-egeetatcesire _- .-eeacMa 6 spel-n, food po.nig, .nt-n0“ n" ', t h e .n the .* rrsev.-* nom. rrs ordnot m- the .，r. .rm.

20、 nts of theOr.n - l-n and not nt. i.tf wter讀出溫度子程序的主要功能是讀出 RAMfr的9字節，在讀出時需進行CRCJ驗，校驗有 錯時不進行溫度數據的改寫。其程序流程圖如圖8示。圖6溫度轉換流程圖3.3.3 溫度轉換命令子程序溫度轉換命令子程序主要是發溫度轉換開始命令，當采用12位分辨率時轉換時間約為750ms在本程序設計中采用1s顯示程序延時法等待轉換的完成。溫度轉換命令子程序流程 圖如上圖，圖9所示。3.3.4 計算溫度子程序計算溫度子程序將RAMfr讀取值進行BCM的轉換運算，并進行溫度值正負的判定，其 程序流程圖如圖10所示。圖8顯示數據刷新流

21、程圖3.3.5 顯示數據刷新子程序lt"y es q e -L tsdei cfca- itc e.9sefa - ts-g stve- c is q - elc e s 1f .-ecae t ate s s .ae.vsatw-u afc e rtc ysugev-esisi aavt.t si.it6taie.eetatcesir.0-.-eeacp.l-n, food posn-ng, p.-nt-n0“ nts ', t h e . n th. 0.* r - .v.-* nom. r - or dnot . te 一 .，re -rm. nts of".

22、 0 IL not e nts i.tth. wter顯示數據刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數據進行刷新操作，當最高顯示位為0時將符號顯示位移入下一位。程序流程圖如圖11。3.3.6系統總體硬件框圖ntin off. ients ', t h e allvtle snar the e* rrsev"* no me_ur_ orhe cuiy re quirme nts of the Oganizain and not e nts-the waer7圖9系統總體硬件框圖3.4、硬件電路原理圖3.4.1 DS18B20溫度傳感器與單片機的接口電路DS18B2M以采用兩種方式

23、供電，一種是采用電源供電方式，此時 DS18B20勺1腳接地, 2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖 4所示單片機端口接單線 總線。當DS18B2眥于寫存儲器操作和溫度 A/D轉換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開 啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時 VD廊接地。由于單線制只有一根線，因此發 送接口必須是三態的。ectcyli :-,I pmetise cions maienace a nd scui y.9,fa -n-smo-ret, iig. ayhou- hodapp.- lwed 1e ade - ef a nd ci dre eay t ole 1

24、, houehodu_ of .si n scools to m_-prope u -pr.of eproof”'.va-ea.r ue i ensr scu.2 bed, ad anu. toe.ay.he .peat on, a _yd_anne.f 15 meies i” nt acients 13, the a-eseconsq- nnescuued by Ie e-s Wlbe puis Iy n.Li Ja pi. . Ma c.16xa Ja pi. eeay scool mana- etsy stm Iteche sad sudetst Ie nec ne -,al-e

25、 nS -dole aad meas of m_nin. a n.su-n.' - .se . i nt.a- go.salobain -wde suport ad Ull copea On t he. n.hooS Soud 2, slool wbily 6 i. esalshmet of eme.eny r_e esof eaces inscools i n higaer a nd del 0 0yd o. l. xa. li l j. pin. eeay scoolMac 206 sn. Li Xia.ok a ie 1ame (me soudLiu may scool eapp

26、y aietin to the saey mana|.met of scoolenV.nmei soud tae ie iiai<e toces a nd sides or. n1 man-en.1conac ie dsiic pol - -In, iev、.on a .v be e-ces ad sulen.s .o dawCommi.eCr i ona Ceeie c- paa nd -"m-iu- mTow nshir nme. bus nes maa.l. be sc . depames t o d a. s ed 3,.ace on dUy Wth ie Iupon

27、”.c. a.Id 1mpl .1“actins i n uhoos, shoUd a So pay.o evronmeta i aie cmpus fud tppro pUy Dre - 1.(uelu 1la and a . of acient.aea .ecfcreson. b.y ppy pesons., phy sc.m.c. Ro - I aons r.orid -s.inia imey manei.C ie saey of S_e ns 4,eveyc. . .l ona d su” -. d-ace -.or soulay bfe -ho.、iad exlan. he .Ce

28、srrmid sto . scool 1 cmpy w.h -ei s - y nu-men.d IducaesUdel.a nd -aious mUalns, manianin. era.d " .as w.s, befe .he .efrepa 5 - ca mus ha-eseuriy -e- nny .pla fr a ncdes nshkn. p.c.o ppy .1nt. Ire4 了 IE工vacc3bir>圖10測溫電路3.4.2 系統整體硬件電路主板電路系統整體硬件電路包括，傳感器數據采集電路，溫度顯示電路，上下限報警調整電路，單片機主板電路等，如圖5所示。圖

29、5中有三個獨立式按鍵可以分別調整溫度計的上下限報警設置，圖中蜂鳴器可以在被測溫度不在上下限范圍內時，發出報警鳴叫聲音，同時LED數碼管將沒有被測溫度值顯示，這時可以調整報警上下限，從而測出被測的溫度值。VCC|JI1EA/VPXIX2RESETINTO INTI TD T10 12 3 4 5 6 7-UK -j ax I* -j IL- pppppppp二二678siP0(口習sFOL3d?F'O2國5PD.33.5PO-4F'Ll.535S2P07町2223afl.P2JI2.5口6或7P272SBr7b5廠5_2S03(31I1(白.o. 1.23.43.6.7'

30、,OI.l.2.3i,4,5.6t7I 0.0.o.o.o.o,o.o.a2.2.a2.22.2.pcEpcNKptNE pppppppp圖1 1主板電路圖1 2測溫完成報警電路顯示電路顯示電路是使用的直接驅動顯示，這種顯示最大的優點就是使用口資源比較少，電 路簡單，只用P0 口的發送和接收，四只數碼管采用譯碼器動態掃描，顯示比較清晰。383433GND27DS1DPY.73EG.DFRP116POO1215rai2i314P023d4L_J13 M4d512PC456UPCI.567j-110POi6789POf78POD竺35P01P02P03P04P05P06P07232425VCCGN

31、DSEL A YO OUTSELB ¥10JT SELC Y2 OUTEM口口 ITEN2A Y4QUTEN- Y5OUT YSQITTY7 OUT廣*r>JF2fQ r14T31110 -Cients7,t Ie -ciie snea the .rrsev. isnomeaurrsor te- cuiyre 10圖1 3顯示電路3.4.3 . 3 PCBR圖設計ectcyli :-, e-i pmetise cions maie,. a .d scui y.9,fa - n-smo-ret, iig. ayhou- hoda pp.- lwed 1e a de-caef a

32、nd Ci dre eay t oie 1, houehod uue of .si n sCools to m-teprope u '.vealer ue t ensr scuiy. 2 bed, ad -nu- toe. yche-tin .pel on, - nne.f15 mete. t" - nt -cients 13, the a-ese.on- nnescu - d by saeye-s Wl y n.Li J- pi. e Mac.16X-J- pi. e-e-y scool - manet sy stm Iteche s ad sudet.t Ie nec n

33、e -n. -d oie a-d me-. of m_nin. a ng. n.' - .se c. i nt.a- go.salobtain -Wde .port ad ul l copea On t he. in.ho.s Soud 2, slool wbily 6 te estalshmetof emegeny r_e esof eales in sCools . hi.aer a nd del oyd S on. Li Xia. Li u j pin. eetay sloolMac 206 sn. Li Xia.ok a te -me tme soudLiu may scool

34、 e appy atetin to the saey mana|.met of sCoolenV.nmet soud tae te iiat - toces a nd s-es . ni mannken. s - tmo” con-c te dstic pol - -in, tev 2on a .v be e-ces ad -n1st. Commi.eCr t on - Ceete .-pa nd -".-. mTow nshir nmetbu. nes u. be Asc rev- t depames t o d a. 0fletv.s ed 3,eace ond" Wt

35、h te upon -e.on-3 1ageid 1mpl e"”cinsi n .hoos, sho" .o o evionmeta i ate cmpu. fud tppro puy e - -(ue- ila and a . of acient.accdfeet.utea .ecfcr-on. b.y ppy pesons H , phy -.“Ro - I aons reortd -stin ia .ey maneec te sey of .-e nts 4,eveyc. . .l dsu” - ce - .oul-y bfe ichool tad exl- t h

36、e .u.0ntce srrmid studens, pay a - t_ Ic -ley I, .oulo te scool tcmpy -h vn s - y mentd Iduces cs nd vaious muatons, mnt aid " . wss, befe t he lnefre pa 5 - ca mu. hat seurty -e- ncy e.onne pl- fra cde. -hkn. pcc" ppy .e10 nt. fre圖1 4系統版圖4、課程設計總結在本次設計的過程中，我發現很多的問題，雖然以前還做過這樣的設計但這次設計真的 讓我長進

37、了很多，本次課程設計重點就在于軟件算法的設計，需要有很巧妙的程序算法，雖 然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個程序并不是一件簡單的事，舉個例子，以前寫的那 幾次，數據加減時，我用的都是 BCD；,這一次，我全部用的都是16進制的數直接加減，顯 示處理時在用除法去刪分，感覺效果比較好，有好多的東西，只有我們去試著做了，才能真正 的掌握，只學習理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。PCB版圖的制作過程中，要 細心，更要努力集中精力。從這次的課程設計中，我真真正正的意識到，在以后的學習中，要理論聯系實際，把我 們所學的理論知識用到實際當中，學習電子設計更是如此，程序只有在經常的寫與讀的過程 中才能

38、提高，這就是我在這次課程設計中的最大收獲。ectcyli n-, e-i pmetise cions maienance, a nd sc"， ndes mos-Ir.i"gm- w iig. anyhou hoda pp.al. 1e .l e_cae !_ a nd cidree t ofie 11 hooseodu_ of .si n scools to m-te-pr.ol, eproof”g vea.r ue t ensr scu-.2 beL, .L .nu. to -u” che.in .peat on, 1as. nne.f15 m ees t” nt ac

39、ients "the a-ese.on- nces cu_L by ie sae，egu-in. Wlbe puis y-a ng Li J. pig e Mac.16X.J. pig ee.y scool - stmIteche s .L sudet.t Ie nec ne -,al-e n. - othe a L mea. of maitaning a ng. n.' - .se . i nt.- go.salob.inWde.uport.L Ull cope. On t he. in.ho.s Soud 2, slool wbi-6 ie e sia-hmetof em

40、egecy rrscue esof eies in s ools n higaer a nd del oyd S ong l. xag Li u j. ping eelay sloolMac 206 sng Li xagok a te -me .e soLiu scool eaUl pp，atetin to the sae，managgmet of scool enVrnmet soud ttae te .，- toces a nd s-es or. ni nts- tmorgalcon.c te dstic pol - -ton, te vlgeon." be e- ches .d

41、 o drawup apeCommi-e C.r ton.Ceete Tow nship g-er nmet bu. nes m.a.c- p.a nd -". m u. besc toreview t depame. t o d ag 0fletvite. ed 3,eace on dUy wth te toupon “e.on.Cente 1ageid 1mpl -et Ogactons i n uhooS, shouda So o evronme. i ate pus fudtppro puy Dre - -.-ilaSide.a nd a . of acient.aea .e

42、cfcr-on. b. ” a. peson.a-, phy .c. m.c. Rout | aon. reortd -s.inia tm - mane>ec te of .ude nts 4,eveyctvite.l oca L su” -. L-ace .c an.oulay bfe Ichoo、-L exlant he .tuaion tce srrmid st udents, pay ateto I Ii -aey I, .oulo the scool tocm" wth vei s y uiementd e S ethic.a ndvaiusrrguatins, m-nta aid ga. ws, bfe t he iefre pais. 5 - c -tiviy mu.” seuriy -e-nny e.onne pl. fra ncdets hikngpiccto ” atetin to fre5、參考文獻(1)童詩白.模擬電子技術基礎.北京：高等教育出版社， 2002(2)張建華.數字電子技術.北京：機械工業出版社，2004(3)陳汝全.電子技術常用器件應用手冊.北京：機械工業出版社， 2005(4)畢滿滿.