1 概述
1.1 设计题目
数字温度计 1.2 设计目的
使用单片机AT89S52和温度传感器DS18B20实现基本范围-50℃-110℃的测量，显示精度误差小于0.5℃，用4位LED数码直接读出温度。可以任意设置温度的上下限，当所设置的温度高于所设置的上限或低于所设置的下限时可通过蜂鸣器和发光二极管报警。 1.3 设计要求
1．综合运用课程中所学到的理论知识完成一个设计课题 2．通过查阅手册和文献资料，培养分析和解决实际问题的能力 3．进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则 4．学会单片机电路的设计和焊接
5．学会撰写课程设计总结报告,并附有整体电路图 6. 培养严肃认真的工作作风 1.4 设计任务
1.掌握单片机AT89S51的基本结构及工作原理 2．了解温度传感器DS18B220的工作原理
3. 实现温度的测量，设置温度的上下限和报警功能 4．掌握单片机系统的分析和设计方法 5．掌握仿真软件与编译软件的使用方法
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2 系统总体方案及硬件设计
2.1 总体方案说明
该数字温度计由电源电路、晶振电路、复位电路、下载电路、单片机、 数字显示电路、温度测量电路、报警电路和控制电路组成。可以实现基本范围-50℃-110℃的测量和任意设置温度的上下限，当所设置的温度高于所设置的上限或低于所设置的下限时可通过蜂鸣器和发光二极管报警。当开关处于开的状态时才可实现上述功能，否则不可实现。 2.2 总体方框图
按键控制电 路 时钟电路 复位电路 单 片 机 控 制 系 统 LED显示电路 报警显示电路 温度传感电路 图1 2.3 系统各部分硬件电路设计D 2.3.1 AT89S52单片机简介与最小系统设计
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。AT89S52使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，AT89S52拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
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2.3.2 复位电路设计
MCS-52单片机通常采用上电自动复位、按钮电平复位、外部脉冲复位、上电+按钮电平复位、程序运行监视复位等方式。
AT89S52需要外加复位电路，本设计采用按键+上电复位，上电复位是利用电容充电来实现的，即上电瞬间RST/Vpd端的电位与Vcc相同，随着充电电流的减少，最后被嵌位在0V,采用10uF的C3和10K的R2可以保证加在引脚上的高电平持续2个机器周期，即使单片机有效地复位。按键可以随时使电路复位，当键按下时1K的R1和10K的R2串联分压使RST为高电平，即复位。
图2
2.3.3 时钟晶振电路
MCS-51内部有一个用于构成震荡器的高增益反向放大器，此放大器的输入端和输出端分别是XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接晶振可构成时钟电路。时钟电路在单片机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢。本次设计采用内部方式的外部时钟接法。为达到振荡周期是12MHZ的要求，这里要采用12MHZ的晶振，电容C1、C2对频率有微调作用，故外接晶振时，C1和C2在本设计中选择30pF，振荡频率取12MHz。晶振的两个引脚分别连到XTAL1和XTAL2振荡脉冲输入引脚。具体连接图如图3所示：
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图3
2.3.4 显示电路
本次设计中采用共阴极数码管作为显示器。LED的驱动电路简单，使用方便，具有耗电少、成本低廉、配置简单灵活、安装方便、耐振动、使用寿命长等优点。LED显示器与单片机的接口一般有动态显示与静态显示接口两种电路。
1、静态显示方式：是指当显示器显示某一字符时，发光二极管的位选始终被选中。在这种显示方式下，每一个LED数码管显示器都需要一个8位的输出口进行控制，显示稳定，提高了CPU的工作效率。其不足之处是占用硬件资源较多，每个LED数码管需要独占8条输出线。随着显示器位数的增加，需要的I/O口线也将增加。
2、动态显示方式：动态显示方式是指一位一位地轮流点亮每位显示器（称为扫描），即每个数码管的位选被轮流选中，多个数码管公用一组段选，段选数据仅对位选选中的数码管有效。对于每一位显示器来说，每隔一段时间轮流点亮。显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关, 由于扫描速度极快，显示效果与静态驱动相同。通过调整电流和时间参数，可以既保证亮度，又保证显示。
本次设计中，由于单片机本身提供的I/O口有限，本次设计采用动态显示，数码管采用的是共阴极接法。用AT89S52的P0口作段码输出时, 驱动能力相当大，但由于输出极为漏极开路电路，驱动拉电流负载，引脚上应外接上拉电阻。。因此，在本次设计中我们将数码管各段加上拉电阻后接单片机P0口。我们把P2口的输出信号直接接到数码管的位选端作为位选信号，低电平有效。
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图4
2.3.5 数字温度传感器DS18B20
本次设计的硬件电路简单，关键的地方在DS18B20,也是最复杂难懂的。 由DALLAS半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器,属于新一代适配微处理器的智能温度传感器,可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。它具有体积小，接口方便，传输距离远等特点。
DS18B20的性能特点： ①
采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9位二进制数，含符号位） ② ③ ④
测温范围为-55℃-+125℃，测量分辨率最小为0.0625℃ 内含64位经过激光修正的只读存储器ROM
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 ⑤ ⑥
适配各种单片机或系统机
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 ⑦ ⑧
用户可分别设定各路温度的上、下限
适应电压范围宽，3.0～5.5V,在寄生电源方式下可由数据线供电 DS18B20的管脚排列如图5所示。引脚功能如表1所示
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