DS18B20工作时被测温度值直接以“单总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰能力。其内部采用在板温度测量专用技术，测量范围为-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃时，精度为?0.5℃。每个DS18B20在出厂时已具有唯一的64位序列号，因此一条总线上可以同时挂接多个DS18B20，而不会出现混乱现象。另外用户还可自设定非易失性温度报警上下限值TH和TL（掉电后依然保存）。DS18B20在完成温度变换后，所测温度值将自动与存储在TH和TL内的触发值相比较，如果测温结果高与TH或低于TL，DS18B20内部的告警标志就会被置位，表示温值超出了测量范围，同时还有报警搜索命令识别出温度超限DS18B20。
图3.6为DS18B20的内部存储结构图，它包括一个暂存RAM和一个非易失性可擦除
E2RAM。
其中暂存存储的完整性，它包括8度读数，数据格式
图3.6 DS18B20内部存储结构
器作用是在单线通信时确保数据个字节，头两个字节表示测得的温如下：
S=1时表示温度为负，S=0时表示温度为正，其余低于以二进制补码形式表示，最低位为1时表示0.0625℃。温度/数字对应关系如上表所示。
DS18B20内部暂存存储器的第5个字节是结构寄存器，它主要用于确定温度值的数字转换分辨率。字节结构如下：
其中R1、R0用于设置分辨率。 3.2.2 DS18B20的硬件连接
DS18B20与单片机的接口极其简单，只需将DS18B20的信号线与单片机的一位双向端
口相连即可。如图3.7（a）所示。此时应注意将VDD、DQ、GND三线焊接牢固。另外也可用两个端口，即接收口与发送口分开，这样读写操作就分开了，不会出现信号竞争的问题。如图3.7（b）所示。此图是采用寄生电源方式，将DS18B20的VDD和GND接在一起。如若VDD脱开未接好，传感器将只送+85.0℃的温度值。一般测温电缆线采用屏蔽4芯双绞线，其中一对接地线与信号线，另一对接VDD和地线，屏蔽层在源端单点接地。
图3.7 DS18B20与单片机的接口
4 热水控制器的系统设计
4.1硬件设计
基于单片机的热水控制器主要有以下几部分：温度检测数据采集部分，LED数码管显示电路、报警及控制输出部分、单片机及按键电路设计等几个部分，下面分别加以介绍 4.1.1 温度检测部分
温度传感器有很多种，如热敏电阻，热电偶，PN结，半导体温度传感器等。这里选用单总线数字输出的集成半导体温度传感器DS18B20，其特点：独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；测温范围－55℃～＋125℃，固有测温分辨率0.5℃；支持多点组网功能，多个DS1820可以并联在唯一的三线上，实现多点测温；工作电源:3～5V/DC。
温度检测数据采集电路如图4.1所示，由温度传感器DS18B20采集被控对象的实时温度，提供给AT89C51的I/O口作为数据输入。在本次设计中我们所控的对象为热水的温度。
图4.1 温度传感器电路
4.1.2 LED数码管显示电路
显示器分为数码管和液晶显示，我所采用是的数码管显示，其外形和引脚如下图所示：
图4.2 数码管外形和引脚图 LED数码有共阳和共阴两种，把这些LED发光二极管的正极接到一块（一般是拼成一个8字加一个小数点）而作为一个引脚，就叫共阳机极数码管；相反的，就叫共阴的（如下图所示）那么应用时这个脚就分别的接VCC和GND。再把多个这样的8字装在一起就成了多位的数码管了。
图4.3 共阴极和共阳极数码管内部电路
基于单片机的热水控制器采用7段数LED码管显示，这里采用6个数码管显示温度，两位显示设定的最高温度、两位显示设定的最低温度、两位显示热水的当前温度。
6位共阳极数码管采用扫描形式工作，其8个数据为接在单片机灌电流驱动能力最大的PO口，AT89C51单片机的P0口的每一个I/O都能能吸收8个TTL逻辑器件的输入漏电流，算下来能驱动约10mA。能驱动数码管的8个数据阴极。
6位共阳极数码的6个阳极采用6个PNP三极管9012驱动。用单片机P2.0-P2.5 6个I/O口控制。
LED数码管显示电路如图4.4所示。
图4.4 数码管显示电路
4.1.3 报警及控制输出部分
当水温超过最高温度+3度时，热水控制器需停止加热并报警；当水位低于最低温度-3度时，需开始加热，这就需要报警电路及输出模块。
声音报警电路通过驱动蜂鸣器发声实现，当其接通5V的电压会发出蜂鸣叫声。原理图如图4.5，NPN型三极管8050驱动蜂鸣器，当单片机I/O口输出高电平时蜂鸣器发声
此外，控制加热棒的控制信号同样由单片机输出，经过三极管Q3驱动继电器J1， J1 具有两对常开和常闭接点，利用其常开接点串到加热棒的控制回路中，可以实现加热棒的控制。电路中二极管D1为续流二极管， 继电器线圈在通过电流时，会在其两端产生感应电动势。当电流消失时，其感应电动势会对电路中的三极管Q3产生反向电压。当反向电压高于Q3 的反向击穿电压时，会把三极管成损坏。续流二极管并联在线圈两端，当流过线圈中的电流消失时，线圈产生的感应电动势通过二极管和线圈构成的回路做功而消耗掉。从而保护了电路中的三极管的安全。
图4.5 声音报警电路
4.1.4 单片机及按键电路设计
图4.6为单片机及键盘电路的电路图，单片机AT89S52的时钟引脚外接12M晶振，作为单片机工作的时钟，EA端接高电平，表示使用片内程序存储器。RST引脚接了上电复位
电路，当系统上电时，上电复位电路会产生一个高电平脉冲信号，使系统复位。
图4.6 单片机及键盘电路电路图
键盘是标准的输入设备，实现键盘有两种方案：一是采用现有的一些芯片实现键盘扫描，如8279, CH451, LMC9768等，还有就是用软件实现键盘扫描。使用现成的芯片可以节省CPU的开销，但增加了成本，而用软件实现具有较强的灵活性，也只需要很少的CPU开销，可以节省开发成本。本文便使用软件实现键盘的扫描。
常见的键盘可分为独立按键式键盘和行列扫描式键盘。独立按键式键盘应用在需要少量按键的情况，按键和单片机的I/O口线直接连接。而行列扫描式键盘用在按键需求较多的情形下。考虑到热水控制器只需要高限加、高限减、低限加、低限减四个按键 ，所以采用独立按键式键盘。
理论上当按键按下或弹起时，可以相应的产生低电平或高电平，但实际并非如此。键盘按键一般都采用触点式按键开关。当按键被按下或释放时，按键触点的弹性会产生抖动现象。即当按键按下时，触点不会迅速可靠地接通，当按键释放时，触点也不会立即断开，而是要经过一段时间的抖动才能稳定下来，按键材料不同，抖动时间也各不相同。
图4-7 按键抖动示意图