齐齐哈尔大学电子线路CAD课程设计题目：基于DS18B20的温度传感器的设计学院：通信与电子工程学院专业班级：电子121班学生姓名：张鹏飞指导教师：张劲松1.概述1.1 设计简介本文主要介绍了一个基于AT89C51单片机的测温系统，详细描述了利用液晶显示器件传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，特别是数字温度传感DS18B20的数据采集过程。

对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。

DS18B20与AT89C51结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。

1.2 DXP2004 简介Altium公司作为EDA领域里的一个领先公司，在原来Protel 99SE的基础上，应用最先进的软件设计方法，率先推出了一款基于Windows2000和Windows XP操作系统的EDA设计软件Protel DXP。

Protel DXP在前版本的基础上增加了许多新的功能。

新的可定制设计环境功能包括双显示器支持，可固定、浮动以及弹出面板，强大的过滤和对象定位功能及增强的用户界面等。

Protel DXP是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。

Protel DXP 运行在优化的设计浏览器平台上，并且具备当今所有先进的设计特点，能够处理各种复杂的PCB设计过程。

通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合，Protel DXP提供了全面的设计解决方案。

Protel DXP2004是Altium公司于2004年推出的最新版本的电路设计软件，该软件能实现从概念设计，顶层设计直到输出生产数据以及这之间的所有分析验证和设计数据的管理。

当前比较流行的Protel 98、Protel 99 SE，就是它的前期版本。

Protel DXP 2004已不是单纯的PCB(印制电路板）设计工具，而是由多个模块组成的系统工具，分别是SCH(原理图）设计、SCH（原理图）仿真、PCB （印制电路板）设计、Auto Router（自动布线器）和FPGA设计等，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。

该软件将项目管理方式、原理图和PCB图的双向同步技术、多通道设计、拓朴自动布线以及电路仿真等技术结合在一起，为电路设计提供了强大的支持与较早的版本－Protel99相比，不仅在外观上显得更加豪华、人性化，而且极大地强化了电路设计的同步化，同时整合了VHDL和FPGA设计系统，其功能大大加强了。

2.设计原理2.1 设计任务以MCS-51系列单片机为核心器件，组成一个数字温度计，采用数字温度传感器DS18B20为检测器件，进行单点温度检测，检测精度为±0.1摄氏度。

2.2 器材选用DS18B20温度传感器，单片机AT89C51，液晶显示器，晶振，电容，电阻2.3方案论证（1）温度传感模块方案一：采用热敏电阻，热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的，也不能满足测量范围。

在温度测量系统中，也常采用单片温度传感器，比如AD590，LM35等。

但这些芯片输出的都是模拟信号，必须经过A/D转换后才能送给计算机，这样就使测温系统的硬件结构较复杂。

另外，这种测温系统难以实现多点测温，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。

方案二：采用单总线数字温度传感器DS18B20测量温度，直接输出数字信号。

便于单片机处理及控制，节省硬件电路。

且该芯片的物理化学性很稳定，此元件线形性能好，在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。

DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89C51构成的温度装置，它直接输出温度的数字信号到微控制器。

每只DS18B20具有一个独有的不可修改的64位序列号，根据序列号可访问不同的器件。

这样一条总线上可挂接多个DS18B20传感器，实现多点温度测量，轻松的组建传感网络。

综上所述，我选用第二个方案。

图2.1 温度传感模块仿真图(2) 显示模块方案一：采用8位段数码管，将单片机得到的数据通过数码管显示出来。

该方案简单易行，但所需的元件较多，且不容易进行操作，可读性差，一旦设定后很难再加入其他的功能，显示格式受限制，且大耗电量大，不宜用电池给系统供电。

方案二：采用液晶显示器件，液晶显示平稳、省电、美观，更容易实现题目要求，对后续的园艺通兼容性高，只需将软件作修改即可，可操作性强，也易于读数，采用RT1602两行十六个字符的显示，能同时显示其它的信息如日期、时间、星期、温度。

综上所述，我选择第二个方案。

图2.2 显示模块仿真图2.4 硬件设计2.4.1 温度传感器设计电路如下图所示，采用DS18B20采集温度，此温度传感器一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。

图2.3 温度传感器2.4.2 最小系统的设计此部分由电容，电阻，晶振组成。

它是让单片机工作的最小系统。

其中晶振，让单片机工作，单片机工作的时钟，决定单片机的工作速度，决定单片机能否工作图2.4 最小系统2.4.3 显示系统采用液晶显示器件，液晶显示平稳、省电、美观，更容易实现题目要求，对后续的园艺通兼容性高，只需将软件作修改即可，可操作性强，也易于读数，采用RT1602两行十六个字符的显示，能同时显示其它的信息如日期、时间、星期、温度。

综上所述，我选择第二个方案。

图2.5 显示模块3.总结3.1 DXP2004 原理图制作根据设计完成基于51单片机的温度传感器电路的仿真电路图，打开DXP2004软件，建立项目与原理图后，打开元件库（Libraries），通过Search在里面查找所需的元件，把所有的元件放在原理图上，再根据要求连接原理图。

由于有一些的元件是没有的，所以要利用DXP2004创建元件。

创建程序如下：图3.1创建过程：◆在Schematic窗口下选择画图工具，选择矩形框，画出一个大小合适的矩形框。

◆选择画图工具中的Place Pin，放置引脚，注意有电气特性的引脚方向要向外。

◆双击引脚，设置引脚的Properties，在里面可以按需要设置引脚名称，电气特性。

元件原理图需要添加文本，可以选择画图工具中的A，添加文档。

双击TEXT，可以修改文档名称，然后放置在需要的位置。

如图3.2、3.3所示。

图3.2图3.3至此，完成了元件库的添加。

接着可以在搜索栏中找到所有需要的元件。

放置所需的元件。

单击元件，出现虚线后，对着元件按住左键，按空格键可以改变元件的放置方向。

至此创建原理图如下：图3.43.2 PCB图制作完成原理图的绘制后，开始制作PCB图，新建一个PCB设计文档，保存和命名与原理图设计的相同，在打开原理图的界面下，执行Design/Update CAD.PcbDoc，在弹出的窗口中选择Execute Changes 按钮，工作区自动切换到CAD.pcbDoc的工作环境。

由于新创建的元件还没有添加封装，因此需要绘制元件封装。

元件的封装的需要根据元件的datasheet进行绘制，下面介绍元件封装的绘制。

3.2.1 AT89系列单片机封装的制作AT89系列安装采用绿色的40P紧锁座安装，所以与普通DIP封装有所不同，要注意此封装要大于普通DIP封装。

绘制过程：◆新建一个PCB Library到Project中。

◆选择工具-新元件，弹出新元件设置向导。

◆选择DIP封装，以毫米为单位。

◆设置焊盘尺寸，焊盘间距等参数，如下图所示。

◆设置引脚数目，完成。

◆添加外围图形，以符合该芯片的参数。

3.2.2 PCB图绘制进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境，包括设置格点大小和类型，光标类型，版层参数，布线参数等等。

大多数参数都是可以用系统默认值，而且这些参数经过设置之后，符合个人的习惯，以后无须再去修改。

确定电路板的边框，即尺寸大小。

在需要放置固定孔的地方放上适当大小的焊盘。

在原理图主画面下，选择菜单栏中的Design中的Update PCB Document to PCB.PcbDoc中。

软件自动将原理图的封装关联到PCB上，如图3-3-1所示。

这时可以发现原理图中的一些错误及时纠正。

图3.5图3.6开始时的PCB在PCB板外面，这时需要对PCB板进行重新规定大小，选择菜单栏中的Design里面的Board shape，在选择redefine Board Shape。

移动光标，裁定合适的边界。

完成对PCB板的规定后，开始布置零件封装的位置，用鼠标选中元件，按住鼠标左键不放，拖住这个元件到达目的地，放开左键，将该元件固定。

最后就是选择布线规则，布线规则是设置布线的各个规范，点击菜单命令Auto Route/Setup对自动布线功能进行设置。

最后对PCB板进行敷铜，至此，整个温度采集电路PCB设计完成。

填充模式选择实心填充，层数先选择Top Layer，第一层覆铜完成后，选择Bottom Layer，两次覆铜中连接到网络选项中选择GND，最后选择确认，再在PCB图上覆铜，完成操作。

3.4 心得体会经过这次的课程设计，我们不仅加深了对Protel仿真软件的了解和使用，还学到了许多课本上没有涉及知识，练习了电路原理图的设计和PCB板的制作，同时对单片机课程进行了一次全面的学习和巩固，收益很大。

这次课程设计让我对单片机有了进一步的了解，而且对Protel仿真软件也有了一定的了解。

体会到了Protel仿真软件的强大。

通过此次课程设计，能够使我们熟练掌握单片机控制电路的设计、程序编写，从而全面地提高我们对单片机的软件、硬件等方面的理解。

我们可以根据实验指导书的要求，完成DS18B20电路的硬件设计、电路器件的选择、单片机软件的运行、以及整体系统调试，并写出完善的设计报告。

在进行课程设计之前，要求我们具备数字电路、模拟电路、电路基础、微机原理、电力电子、电机学和单片机等相关课程的知识，并具备一些基本的实践操作水平，为以后的就业打好一定的基础。

此次课程设计让我受益良多，我第一回见识到了单片机的魅力，也让我更加的有兴趣去学习单片机课程，以求在未来把自己学到的知识运用到自己的学习与生活中，去更好的了解生活，享受生活。