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。
3)七段LED显示器技术参数
表2-4LED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。
4)七段LED显示器内部结构
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2-4DS18B20内部结构图
DS18B20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。
R1
R0
分辨率
温度最大转换时间
0
0
9位
93.75ms
0
1
10位
187.5ms
1
0
11位
375ms
1
1
12位
750ms
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。
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
0
X
X
X
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2-38255A的置位/控制字表
2、DS18B20温度传感器
1)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
首先对8255初始化，将8255的C口清零，防止刚开始就报警，A口用于LED的段选，B口用于LED的位选。启动DS18B20开始温度检测，发出温度转换命令，通过8255的PC0按位传输到DS18B20，再把测量的温度值按位暂存在寄存器AX中，再将此温度值和设定的界限值通过LED显示器显示出来，同时比较二者的大小，若温度值超过界限值，则通过蜂鸣器和发光管进行报警。
图2-18255A的内部框图
图2-18255A的内部结构图
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）DB
0.45V
IOL=2.5mA
输出低电平（VOL）PER
0.45V
IOL=1.7mA
输出高电平（VOH）DB
2．4V
IOH=-400μA
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:
表2-3分辨率表
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。
4)发光管的技术参数
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
②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8255A
1)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，PC5和蜂鸣器及发光二极管相连，用于声光报警。
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若温度值越界则进行声（蜂鸣器）、光（ ）报警；
说明：界限值是自行设定的（40°C），其所对应的数字量为（0280H）。
1、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。
2)软件部分
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；
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
温度检测与报警系统
学生姓名
陈庆鹏
学号
0604032022
专业班级
网络工程2班
指导教师
张向东教授
2009年2月
一、题义与需求分析
①设计并开发能检测温度信号，并能产生报警信号的系统；
②能判断所检测的温度值是否越界；
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。
3、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2-6蜂鸣器内部结构图
、失真、音质听感评价等。
本实验电压范围为0－5V。
4、发光二级管
表2-18255A的技术参数表
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
3)8255A的方式控制字
D7 D6 D5D4 D3 D2D1 D0
1
0
0
0
1
0
0
1
1: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
3)DS18B20的测温原理和技术参数
DS18B20的测温原理：
图2-5DS18B20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。