1 设计的目的

通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《微机原理及单片机技术》中所学的理论知识和实验技能，掌握常用模拟电路的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。

1、学习AT89C52单片机的使用方法；

2、研究独立按键的使用方法；

3、掌握温度传感器DS18B20的原理；

4、掌握数码管的显示原理；

5、熟悉keil4软件的使用方法。

2 设计的任务与要求

2.1 设计任务

利用52单片机开发板上面的DS18B20模块实现温度的测量与显示，并使用按键控制和数码管来显示温度。

2.2 设计要求

1、通过按键启动和停止测量。

2、通过单片机控制DS18B20获取温度值。

3、数码管实时显示当前温度。

3 设计方案与论证

3.1 方案选择与论证

方案一：使用stm32单片机。STM32的寄存器比52单片机要多很多，其配置比52复杂，而且中断逻辑，时钟配置使能控制等很多概念都是52单片机中所没有的，再加上stm32很多功能如USB，FSMC。等等功能，其功能更加强大，虽然官方提供了开发固件库和相关开发辅助工具，但很多时候，遇到bug调试难度也加大了很多。在简单实验设计场景上面不适用。

方案二：使用89C52单片机。从内部的硬件到软件52单片机有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，处理对象不是字或字节而是位。不但能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。同时在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，使用极为灵活，这一功能无疑给使用者提供了极大的方便。乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。但是52单片机也有很多缺点，它的AD、EEPROM等功能需要靠扩展，增加了硬件和软件负担；虽然I/O脚使用简单，但高电平时无输出能力，这也是52系列单片机的软肋；运行速度过慢，特别是双数据指针，如能改进能给编程带来很大的便利；52单片机保护能力很差，很容易烧坏芯片。但是目前在教学场合和对性能要求不高的场合大量被采用。

综合考虑，选择方案二。

3.2 原理方框图

图3.1 温度显示原理方框图

该电路包含四个组成部分（如图3.1所示），分别是89C52单片机芯片、独立按键模块、DS18B20模块和数码管显示模块。

DS18B20数字温度传感器接线方便，封装后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。

图3.2 DS18B20实物图

4 电路设计

4.1 元器件选用原理

1.单片机芯片

AT89C52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。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-52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AT89C52是一种高效微控制器，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4.1 52单片机结构示意图

2. 模块选择

选用开发板上自带的DS18B20模块和数码管显示模块，进行温度的测量与显示。

DS18B20的核心功能是它可以直接读出数字的温度数值。温度传感器的精度为用户可编程的9，10，11或12位，分别以0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃增量递增。在上电状态下默认的精度为12位。DS18B20启动后保持低功耗等待状态,当需要执行温度测量和AD转换时，总线控制器必须发出[44h]命令。转换完以后，产生的温度数据以两个字节的形式被存储到高速暂存器的温度寄存器中，DS18B20继续保持等待状态。下图为DS18B20模块的原理图。

图4.2 DS18B20原理图

4.2 总体电路图

1. 电路的工作原理

(1) 64位(激)光刻只读存储器

光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列号。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20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。

(2) DS18B20温度转换规则

DS18B20的核心功能是它可以直接读出数字的温度数值。温度传感器的精度为用户可编程的9，10，11或12位，分别以0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃增量递增。在上电状态下默认的精度为12位。

DS18B20启动后保持低功耗等待状态,当需要执行温度测量和AD转换时，总线控制器必须发出[44h]命令。转换完以后，产生的温度数据以两个字节的形式被存储到高速暂存器的温度寄存器中，DS18B20继续保持等待状态。

这是12位转化后得到的12位数据，存储在DS18B20的两个8位的RAM中，高字节的前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以0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为‘1’，测到的数值需要先减1再取反再乘以0.0625即可得到实际温度。

图4.3 温度寄存器格式

(3) DS18B20温度传感器的存储器

DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高度的暂存器RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPROM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。

(4) 配置寄存器

存储器的第4位为配置寄存器，其组织见图8，用户可按表3所示设置R0和R1位来设定DS18B20的精度。上电默认设置：R0=1、R1=1(12位精度)。注意：精度和转换时间之间有直接的关系。暂存器的位7和位0-4被器件保留，禁止写入。

图4.4 配置寄存器

表4-1 温度机密精确度配置

2. 温度传感器电路

图4.5 温度传感器电路图

5 程序设计

图5.1 DS18B20流程图 图5.2 数码管流程图 图5.3 按键流程图

图5.4 主程序流程图

首先进行按键、数码管和DS18B20的初始化，然后检测按键是否按下，当按键按下时，显示温度，按键再次按下时，数码管熄灭。

6 电路制作与调试

6.1 工具的使用

本次单片机设计使用了keil4软件，keil4是Keil Software公司出品的52系列兼容单片机C语言软件开发系统，使用接近于传统c语言的语法来开发，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。通过编写代码。通过keil4编写程序然后通过烧录软件通过USB线烧录进单片机中，通过控制按键来进行温度的测量和显示。

6.2 仿真的调试

图6.1 仿真图

附件：基于AT89C51/52和DS18B20的温度传感器设计代码