基于DS18B20的数字温度计设计

1 绪论

温度是许多监控系统中的一个重要参数。温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域，尤其在热学试验中，有特别重要的意义。随着人们生活水平的不断提高,，人们对温度计的要求越来越高，传统的温度计功能单一、精度低，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。数字温度计（Digital Thermometer）简称DTM，它是采用数字化测量技术，把连续的温度值转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。采用单片机控制的数字温度计，由于精度高、可扩展性强、集成方便、抗干扰能力强，得到了广泛的应用。

本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机ATC89C2051，测温传感器使用DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。本设计用4位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度显示，能准确达到设计要求。

2 设计的要求及任务

2.1设计任务

利用单片机和数字温度传感器，实现一个能精确测量并显示温度的实际应用系统，为低成本的数字温度测量系统设计提出一种新的解决方案。并需说明设计方案的构思依据、设计思路、系统原理、设计过程及系统工作流程图。

2.2技术指标

1、系统稳定性高

2、使用四位数码管显示温度值

.1.

3、测量精度达0.1℃ 4、要求系统具备复位功能

3 智能温度传感器与单片机

3.1智能温度传感器的产品分类

智能温度传感器采用了数字化技术，能以数据形式输出被测温度值。其测温误差小、分辨率高、抗干扰能力强、能远程传输数据、用户可设定上、下限，具有越限自动报警功能并且带串行总线接口，适配各种微控制器。按照串行总线划分有单线总线（1—Wire）、二线总线（含SMBUS、I2C总线）三线总线（含SPI总线）几种类型。典型产品有DS18B20(单线总线)、LM75（I2C总线）和LM75（SPI总线）。

多通道智能温度传感器除具有内置温度传感器之外，还专门增加了若干个远程测温通道，通过在总线上接多片同种型号的芯片，很容易将通道扩展到几十路，这就为研制多路温度测控系统创造了便利条件。多通道智能温度传感器的典型产品有MAX1668、AD7417、AD7817、MAX1805和LM83。

3.2 智能温度传感器典型产品的技术指标

智能温度传感器典型产品的技术指标，详见表3-1

3.3 AT89C2051单片机的主要特点

ATC89C2051单片机采用Flash存储器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与MCS-51完全兼容；

AT89C2051片内含有2K字节的Flash程序存储器，128字节的片内RAM； 允许工作的时钟为0-24MHz；

AT89C2051不允许构造外部总线来扩充程序/数据存储器，所以它不需要ALE、PSEN、RA、WR一类的引脚；

AT89C2051共有20个引脚，它只继承了8031最重要的引脚，体积小巧。 AT89C2051单片机原理图模块如图3-1所示: AT89C2051单片机的P口特点：

P1口：P1口是一个8位双向I/O端口，其中P1.2～P1.7引脚带有内部上拉电阻，P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入(AIN0)和反相输入(AIN1)。P1口输出缓冲器可吸收20mA电流，并能直接驱动

.2.

LED显示。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。

表3-1智能温度传感器典型产品的技术指标

图3-1 AT89C2051电路模块

P2口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流(Iil)。

P3口：P3.0～P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的7个双向I/O端口。P3.6用于

.3.

固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O口引脚而只读。P3口输出缓冲器可吸收20mA电流。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P3口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流(Iil)。

21个特殊功能寄存器SFR如表3-2所示：

表3-2 21个特殊功能寄存器SFR

特殊功能寄存功能名称 器 B * 寄存器 A * 累加器 PSW * 程序状态标志寄存器 IP * 中断优先级控制器 P3 * P3口数据寄存器 IE * 中断允许控制寄存器 P2 * P2口数据寄存器 SBUF 串行口发送／接收缓冲器 SCON * 串行口控制寄存器 P1 * P1口数据寄存器 TL1 T1计数器低8位 TL0 T0计数器低8位 TH1 T1计数器高8位 TH0 T0计数器高8位 TMOD 定时器／计数器方式控制寄存器 TCON * 定时器控制寄存器 PCON 电源控制寄存器 DPL 地址寄存器低8位 DPH 地址寄存器高8位 SP 堆栈指针寄存器 P0 * P0口数据寄存器 PC 程序计数器 注：“*”表示可位寻址。

地址 F0H E0H D0H B8H B0H A8H A0H 99H 98H 90H 8BH 8AH 8DH 8CH 89H 88H 87H 82H 83H 81H 80H 无地址 复位后状态 00H 00H 00H XXX00000B FFH 0XX00000B FFH 不定 00H FFH 00H 00H 00H 00H 00H 00H 00H 00H 00H 07H FFH 0000H 4 数字温度计的设计

4.1总体设计方案

在单片机电路设计中，使用传感器，是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。

.4.