一 、设计要求
数字式温度计要求测温范围为－55～125°C，精度误差在0.1°C，采用AT89C51单片机和DS18B20温度传感器，设定温度报警的最低值和最高值。采用点阵 字符型液晶模块作为数字温度计的显示器，分两行显示，第一行显示DS18B20工作状态，第二行显示实测温度值和状态符号，>H表示实测温度大于温度报警范围， 二 、方案论证 根据系统的设计要求，选择DS18B20作为本系统的温度传感器，选择单片机AT89C51为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。选用数字温度传感器DS18B20，省却了采样/保持电路、运放、数/模转换电路以及进行长距离传输时的串/并转换电路，简化了电路，缩短了系统的工作时间，降低了系统的硬件成本。 该系统的总体设计思路如下：温度传感器DS18B20把所测得的温度发送到AT89C51单片机上，经过51单片机处理，将把温度在显示电路上显示，本系统显示器用点阵液晶模块LCD1602实现显示。检测范围-55摄氏度到125摄氏度。 按照系统设计功能的要求，确定系统由3个模块组成：主控制器、测温电路和显示电路。 数字温度计总体电路结构框图如图1所示。 温度传感器 DS18B20 AT89C51 主 控 制 器 显示电路 扫描驱动 图1 数字温度计总体电路结构框图 三 、系统硬件电路的设计 温度计电路设计原理图如图2所示，控制器使用单片机AT89C51，温度传感器使用DS18B20，用4位共阳LED数码管实现温度显示。 VSSVDDVEELCD1LM016LRSRWE456123U11922pX1XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD13938377D0 图2 数字温度计设计电路原理图 1、主控制器 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器。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-51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AT89C51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。 2、显示电路 显示电路采用点阵液晶显示器LCD1602能够同时显示16x02即32个字符，实 行双行显示。 3、温度传感器工作原理 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。 DS18b20内部主要有三个数字部件：64位激光ROM、温度传感器、非易失性温度报警触发器TH和TL。 DS18B20 的性能特点如下： ●独特的单线接口方式仅需要一个端口引脚进行通信； ●多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能； ●无需外部器件； ●可通过数据线供电，电压范围：3.0～5.5V； 2 ●测温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃ ●零待机功耗 ●温度以9或12位数字量读出； ●用户可定义的非易失性温度报警设置 ●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 ●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 DS18B20采用3脚PR－35 封装或８脚SOIC封装，其内部结构框图如图3所示 图3 DS18B20内部结构框图 64 b闪速ROM的结构如下：? 开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48 位，最后8位是前面56 位的CRC 检验码，这也是多个DS18B20 可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入户报警上下限。 3 主机操作ROM的命令有五种，如表1所列 指令 读ROM（33H） 匹配ROM（55H） 跳过ROM（CCH） 说明 读DS18B20序列号 用于辨识某一特定的DS18B20进行操作 命令发出后系统将对所有DS18B20进行操作 搜ROM（F0H） 用于确定总线上的节点数以及所有节点的序列号 报警搜索（ECH） 主要用于鉴别和定位系统中超出程序设定的报警温度界限的节点 表1 主机操作ROM的命令 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EERAM。高速暂存RAM 的结构为8字节的存储器，结构如图4所示。 温度LSB（字节１） 温度MSB（字节２） ＴＨ用户字节１（字节３） ＴＬ用户字节２（字节４） 配置寄存器（字节５） 保留（字节６） 保留（字节７） 保留（字节８） ＣＲＣ（字节９） ＴＨ用户字节１ ＴＬ用户字节２ Ｅ２ＲＡＭ 图 4 高速暂存RAM结构图 4 前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。 温度低位LSB 温度高位 TH TL MSB 配置 保留 保留 保留 8位CRC DS18B20提供如下存储器命令： 1. 温度转换，代码为44H，用于启动DS18B20进行温度测量，温度转 换命令被执行后DS18b20保持等待状态。如果主机在这条命令后跟着发出读时间间隙，而DS18B20又忙于进行温度交换的话，DS18b20将在总线上输出0，若温度完成转换，则输出1。如果使用寄生电源，主机必须在发出这条命令后立即启动强上拉，并保持750ms，在这段时间内部允许进行任何其他操作。 2. 读暂存器，代码为BEH，用于读取暂存器中的内容，从字节0开始 最多可以读9个字节，如果不想读完所有字节，主机可以在任何时间发出复位命令来终止读取。 3. 写暂存器，代码为4EH，用于将数据写入到DS18B20暂存器的地址 2和地址3（TH和TL字节）。可以在任何时刻发出复位命令来终止写入 4. 复制暂存器，代码为48H，用于将暂存器的内容复制到DS18B的非 易失性E2RAM中，即使、把温度报警触发字节存入非易失性存储器中，如果主机在这条命令之后发出读时间隙，而DS18B20有忙在吧暂存器的内容复制到E2RAM存储器，DS18B20就会输出一个0，如果复制结束的哈，DS18B20输出1，如果使用寄生电源，主机必须在这条命令发出后立即启动强行上拉并至少保持10ms，在这段时间内部允许进行任何其他操作。 5. 重读E2RAM，代码为B8H，用于将存储器在非易失性E2RAM中的 内容重新读入到暂存器中，这种复制操作在DS18B20上电时自动执行，这样一上电，暂存器里马上就存在有效数据了。若在这条命令发出之后发出读时间隙，器件就会输出温度转换忙的标志：0代表忙1代表完成。 5