总体设计方案
第一章 总体设计方案
1.1 方案一
测温电路的设计，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。
1.2 方案二
考虑使用温度传感器，结合单片机电路设计，采用一只DS18B20温度传感器，直接读取被测温度值，之后进行转换，依次完成设计要求。
比较以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计容易实现，故实际设计中拟采用方案二。
在本系统的电路设计方框图如图1.1所示，它由三部分组成:①控制部分主芯片采用单片机AT89S51；②显示部分采用3位LED数码管以动态扫描方式实现温度显示；③温度采集部分采用DS18B20温度传感器。
LED显示 DS18B20 加热继电器 制冷继电器 指示灯 图1－1 温度计电路总体设计方案
（1）控制部分
单片机AT89S51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用，系统应用三节电池供电。
（2）显示部分
2
总体设计方案
显示电路采用3位共阳LED数码管，从P0口送数，P2口扫描。 （3）温度采集部分
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的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。这一部分主要完成对温度信号的采集和转换工作，由DS18B20数字温度传感器及其与单片机的接口部分组成。数字温度传感器DS18B20把采集到的温度通过数据引脚传到单片机的P1.0口，单片机接受温度并存储。此部分只用到DS18B20和单片机，硬件很简单
1) DS18B20的性能特点如下：
① 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；
②多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能； ③无须外部器件；
④可通过数据线供电，电压范围为3.0～5.5V； ⑤零待机功耗；
⑥温度以3位数字显示； ⑦用户可定义报警设置；
⑧报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件； ⑨负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
2) DS18B20的内部结构
DS18B20采用3脚PR－35封装，如图1－2所示；DS18B20的内部结构。
引地数据线可选
图1－2 DS18B20封装
3) DS18B20内部结构主要由四部分组成：
① 64位光刻ROM。开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的
3
总体设计方案
序号，共有48位，最后8位是前56位的CRC校验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。64位闪速ROM的结构如下：
表1－1 ROM结构 ?8b检验CRC 48b序列号 8b工厂代码（10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB
存储器和控制逻辑位内部和单线端口暂存器上限触发温度传感器电源探测位产生器下限触发
图1－3 DS18B20内部结构
② 非挥发的温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限值。 ③ 高速暂存存储，可以设置DS18B20温度转换的精度。
DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2PRAM。高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如图1－3所示。头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。它的内部存储器结构和字节定义如图1－3所示。低5位一直为１，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。
表1－2 DS18B20内部存储器结构
Byte0 Byte1 Byte2 Byte3 Byte4 Byte5 温度测量值LSB（50H） 温度测量值MSB（50H） TH高温寄存器 TL低温寄存器 配位寄存器 预留（FFH） ?----? ?----? ?----? TH高温寄存器 TL 低温寄存器 配位寄存器 4
总体设计方案
Byte6 Byte7 Byte8 预留（0CH） 预留（IOH） 循环冗余码校验（CRC）
DS18B20出厂时该位被设置为0，用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。
表1－3 DS18B20字节定义 TM R1 R0 1 1 1 1 1
由于分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。
高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。第9字节读出前面所有8字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。
当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃／LSB形式表示。
当符号位S＝0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位S＝1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。
表1－4 DS18B20温度转换时间表
R1 0 0 1 1 R0 0 1 0 1 分辨率/位 9 10 11 12 温度最大转向时间/ms 93.75 187.5 375 750
5
总体设计方案
表1－5 一部分温度对应值表
温度/℃ +125 +85 +25.0625 +10.125 +0.5 0 -0.5 -10.125 -25.0625 -55 二进制表示 0000 0111 1101 0000 0000 0101 0101 0000 0000 0001 1001 0000 0000 0000 1010 0001 0000 0000 0000 0010 0000 0000 0000 1000 1111 1111 1111 0000 1111 1111 0101 1110 1111 1110 0110 1111 1111 1100 1001 0000 十六进制表示 07D0H 0550H 0191H 00A2H 0008H 0000H FFF8H FF5EH FE6FH FC90H
④ CRC的产生
在64 b ROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（CRC）。主机根据ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。
6