单片机温度控制系统毕业论文设计

2 总体设计方案

在本系统的电路设计方框图如图2.1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 单片加热继电器 电风扇继电器 指示灯 图2.1 温度计电路总体设计方案

机

（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

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的部结构

DS18B20采用3脚PR－35封装，如图2.2所示；DS18B20的部结构，

引地数据线可选

图2.2 DS18B20封装

(3) DS18B20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2－1 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和单线端口暂存器电源探测位产生器

图2.3 DS18B20部结构

内部温度传感器上限触发下限触发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，结构如表2.2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。它的部存储器结构和字节定义如图2.4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2－2 DS18B20部存储器结构

Byte0 Byte1 Byte2 Byte3 Byte4 Byte5 Byte6 Byte7 Byte8

温度测量值LSB（50H） E2PROM

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） 预留（0CH） 预留（IOH） 循环冗余码校验（CRC） ?----? TH高温寄存器 ?----? TL 低温寄存器 ?----? 配位寄存器

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,如图2.4。

TM R1 R0 1 1 1 1 1 图2.4 DS18B20字节定义

由表2.3可见，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。