合肥学院计算机科学与技术系微机原理与接口技术课程设计报告2008～2009学年第1学期课程微机原理与接口技术课程设计名称温室温度检测及报警器的设计与功能实现学生姓名陈波学号0604032047专业班级网络工程专业2班指导教师龙夏2009 年2月一、题义分析与解决方案1．题义与需求分析在STAR ES598PCI单板开发机上实现对温室温度检测及报警功能。

①使用DS18B20采集温度，通过输入指定温度来确定温度界限值②采用七段数码管显示当前温度和设定的温度界限值，并将二者比较③若温度值越界则进行声（蜂鸣器）、光（发光二极管）报警；2．解决问题的方法与思路1) 硬件部分实验采用：温度传感器DS18B20用于检测温度值，可编程并行接口芯片8255一片，七段LED显示器，发光二极管一只，蜂鸣器一个，逻辑开关。

2) 软件部分（汇编语言编写程序）①首先要对8255进行初始化设计，设置8255的工作方式并确定8255的端口地址；②通过拨动逻辑开关来设置温度界限值，并将温度界限值在LED上显示出来；③启动DS18B20，发出温度检测命令，将温度值在LED上显示出来；④把测得的温度值和界限值相比较，若大于界限值，则进行声光报警。

二、硬件设计1．可编程并行接口芯片8255A1） 8255A的作用利用8255A将界限值和温度值通过LED显示出来，同时8255A的PC0与DS18B20相连，向其发出温度检测命令及接受温度数据，PC7和蜂鸣器及发光二极管相连，用于声光报警。

2） 8255A的功能分析及技术参数8255A是可编程并行接口，内部有3个相互独立的8位数据端口，即A口、Ｂ口和Ｃ口。

三个端口都可以作为输入端口或输出端口。

Ａ口有三种工作方式：即方式０、方式１和方式２，而Ｂ口只能工作在方式０或方式１下，而Ｃ口通常作为联络信号使用。

8255A的工作只有当片选CS效时才能进行。

而控制逻辑端口实现对其他端口的控制。

图2-1-1 8255A的内部框图标识符最小最大测试条件输入低电平（VIL）-0.5V 0.8V输入高电平（VIH）2.0V 5V输出低电平（VOL）DB0.45V IOL=2.5mA输出低电平（VOL）PER0.45V IOL=1.7mA输出高电平（VOH）DB2．4V IOH=-400μA输出高电平（VOH）PER2．4V IOH=-200μA驱动电流-1.0mA-4.0mAREXT=750Ω，VEXT=1.5V供应电流120 mA表2-1-2 8255A 的技术参数表其中PER 为peripheral port 的缩写参数说明：输入最低电压：min ＝-0.5V ，max ＝0.8 V 输入最高电压：2.0 V 输出最低电压：0.45 V 输出最高电压：2.4 V 2） 8255A 的方式控制字D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1111:工作方式 A 口方式0输出 B 口方式0输出C 口高4位输入 C 口低4位输入图2-1-2 8255A 的方式控制字表① 方式0的工作特点：是这种方式通常不用联络信号，不使用中断，三个通道中的每一个都有可以由程序选定作为输入或输出。

② 通道的功能为：两个8位通道：通道A 和B 。

两个四位通道：通道C 高4位和低四位，任何一个通道可以作输入/输出，输入是不锁存的，输出是锁存的，在方式0时各个通道的输入/输出可有16种不同的组合。

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0XXX写入位编码写入内容写入位 编码 0写入0 D0-D7 000-111 1写入1图2-1-3 8255A 的置位/控制字表2．DS18B20温度传感器IIL(INPUT LOAD CURRENT)±10μA VIN=0V~5VIOFL(OUTPUTFLOATL EAKAGE) ±10μA VOUT=0.45~5V1) DS18B20温度传感器的作用利用温度传感器检测温度，并转换为数字量和设定的界限值比较。

2) DS18B20的功能特点DS18B20可编程温度传感器有三个管脚。

GND为接地线，DQ为数据输入输出接口，通过一个较弱的上拉电阻与CPU相连。

VDD为电源接口，既可由数据线提供电源，又可由外部提供电源，范围3.0—5.5V。

本系统中使用外部电源供电。

其主要特点为：①用户可以自行设定报警上下限温度值；②不需要外部组件，能测量-55—+125°C范围内的温度；③在-10—+85°C范围内的测温准确度为±0.5°C；④通过编程可以实现9—12位的数字读数方式，可在至多750MS内将温度转换成12位数字，测温分辨率可达到0.0625°C；⑤独特的单总线接口方式，与微处理器连接时仅需要一条线既可实现和微处理器的双向通讯。

图2-2-2 DS18B20 内部结构图图2-2-1 DS18B20DS18B20的内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM，温度传感器，非挥发的温度报警触发器TH和TL，配置寄存器。

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的地址序列码。

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（CRC=X8+X5+X4+1）。

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。

3) DS18B20的测温原理和技术参数DS18B20的测温原理：图2-2-3 DS18B20的测温原理图DS18B20的测温原理如图所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。

图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。

计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 ℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在 -55 ℃所对应的一个基数值。

减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器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，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。

表2-2-1DS18B20温度值格式表DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，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。

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。

DS18B20的存储器：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E2RAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。

暂存存储器包含了8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。

第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。

第六、七、八个字节用于内部计算。

第九个字节是冗余检验字节。

该字节各位的意义如下：TM R1 R0 1 1 1 1 1低五位一直都是1 ，TM是测试模式位，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，如下表所示：（DS18B20出厂时被设置为12位）分辨率设置表:R1 R0 分辨率温度最大转换时间0 0 9位93.75ms0 1 10位 187.5ms1 0 11位 375ms1 1 12位 750ms表2-2-2 分辨率表根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM 指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。

复位要求主CPU 将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右，后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU 收到此信号表示复位成功。

3．选择芯片蜂鸣器 1) 蜂鸣器的作用在本实验中，蜂鸣器用作声音报警。

2) 蜂鸣器的功能蜂鸣器是将电能转化成声能，并将声能辐射到空气中去的一种电声转换器件。

3) 蜂鸣器的技术参数图2-3-1 蜂鸣器内部结构图它一般包括灵敏度、频率响应、额定功率、额定阻抗、指向性、失真、音质听感评价等。

本实验电压范围为0－5V 。

4．选择芯片发光管 1) 发光管的作用对超过界限的温度值进行发光报警。

2) 发光管的物理构造发光管，采用砷化镓、镓铝砷、和磷化镓等材料制成，其内部结构为一个PN 结，具有单向导电性。

3) 发光管的工作原理当在发光二极管PN 结上加正向电压时，PN 结势垒降低，载流子的扩散运动大于漂移运动，致使P 区的空穴注入到N 区，N 区的电子注入到P 区，这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合，复合时产生的能量大部分以光的形式出现。

4）发光管的技术参数CVccBuzzerLS12K R15.1KR28550Q60.01uFC40Ctrl100R11发光管的压降一般为1.5—2.0 V，其工作电流一般取10—20 mA为宜。

5．七段LED显示器1）七段LED显示器的作用本次设计需要用到LED显示器显示预设的温度界限值以及测定的温度值2)七段LED显示器功能分析七段LED显示器可以控制在哪几个数位上，哪几个发光二极管亮，从而显示数字。

其工作原理：如果发光二极管共阳极，则输入为0时亮，为1时不亮，反之如果发光共阴极，则输入1时亮，0时不亮。

发光二极管时一种外加电压超过额定电压时发生击穿，并因此能产生可发光的器件，数码显示器通常由多个发光二极管来组成七段或八段笔画显示器，当段组合发光时，便会显示某一个数码管或字符，七段代码的各位用作a—g和DP的输入3) 七段LED显示器技术参数表2-5-1 LED显示的技术参数PCW LF Vr Ir If p 对应变量散射颜色BT235 70 25 5 ≥1.5 ≤2.5 200 SEL-10 红BT144 100 40 5 ≥0.5 ≤2.5 565 绿BT134 100 40 5 ≥0.5 ≤2.5 585 蓝主要参数:此时的驱动电流为25 mA。