【正文】 1 前言在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常要用到溫度的檢測(cè)及控制，傳統(tǒng)的測(cè)溫元件有熱電偶和熱電阻。而熱電偶和熱電阻測(cè)出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，需要比較多的外部硬件支持。其缺點(diǎn)如下：硬件電路復(fù)雜；軟件調(diào)試復(fù)雜；制作成本高。針對(duì)以上問(wèn)題，采用一種改進(jìn)型智能溫度傳感器作為檢測(cè)元件，測(cè)溫范圍為55～+125 ℃，℃，誤差 +℃以內(nèi)。數(shù)字溫度計(jì)傳感器可以直接讀出被測(cè)溫度值，而且采用三線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。 本數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)采用一種改進(jìn)型智能溫度傳感器作為檢測(cè)元件，測(cè)溫范圍為55～125 ℃，℃，誤差 +℃以內(nèi)。而傳統(tǒng)的溫度計(jì)，如熱電偶和熱電阻測(cè)出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，需要比較多的外部硬件支持。硬件電路復(fù)雜，軟件調(diào)試?yán)щy，制作成本高等缺點(diǎn)都給科技、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域帶來(lái)許多問(wèn)題，尤其在生物學(xué)，、Mg/Ca溫度計(jì)的建立基礎(chǔ)、測(cè)定方法、研究成果、環(huán)境意義、,為現(xiàn)代和古海洋環(huán)境的重建、探索氣候的變率與特征事件(冷暖、旱澇、ENSO等)的關(guān)聯(lián)以及為預(yù)測(cè)未來(lái)氣候變化的趨勢(shì)提供科學(xué)的判據(jù)。因此，鑒于以上問(wèn)題主要設(shè)計(jì)測(cè)溫范圍為55～125 ℃，℃的數(shù)字溫度計(jì)。2 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)本數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)采用美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS18B20之后推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器DS18B20作為檢測(cè)元件，測(cè)溫范圍為55～+125 ℃，℃. DS18B20可以直接讀出被測(cè)溫度值，而且采用三線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能和要求，確定系統(tǒng)由3個(gè)模塊組成：主控制器，測(cè)溫電路和顯示電路[1]。AT89C2051主控制器。顯示電路DS18B20掃描驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)要求： 測(cè)溫范圍 55～~+125 ℃；誤差 +℃以內(nèi)；采用LED數(shù)碼管直讀顯示。溫度計(jì)設(shè)計(jì)原理圖如圖所示,控制器使用單片機(jī)AT89C2051,溫度傳感器使用DS18B20，用4位共陽(yáng)LED數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)溫度顯示。（電路圖見(jiàn)附錄）。 主控制器單片機(jī)AT89C2051具有低電壓供電和小體積等特點(diǎn)，兩個(gè)端口剛好滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用。系統(tǒng)可用兩節(jié)電池供電。 顯示電路顯示電路采用4位共陽(yáng)LED數(shù)碼管，從P1口輸出段碼，~，列驅(qū)動(dòng)用9012三極管。 溫度傳感器工作原理 DS18B20的性能特點(diǎn)DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9~12位的數(shù)字值讀取方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下： 獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信； 多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能； 無(wú)須外部器件；可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，~； 零待機(jī)功耗；溫度以9或12位數(shù)字；用戶可定義報(bào)警設(shè)置；報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作[2]。 DS18B20原理DS18B20 采用3 腳PR35 封裝或8 腳SOIC 封裝。圖中GND 為地，DQ 為數(shù)據(jù)輸入/輸出端（即單線總線），該腳為漏極開路輸出，常態(tài)下呈高電平，Vcc 是外部+5V 電源端，不用時(shí)應(yīng)接地，NC 為空腳。 DS18B20的外部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部主要包括寄生電源、溫度傳感器、64 位激光ROM 單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器，用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH 和TL 解發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、8 位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）發(fā)生器等七部分。64位ROM 和 單線接口 高速緩存存儲(chǔ)器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發(fā)器TH低溫觸發(fā)器TL配置寄存器8位CRC發(fā)生器 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 寄生電源由二極管VDVD2 和寄生電容C 組成，電源檢測(cè)電路用于判定供電方式，寄生電源供電時(shí)，VDD 端接地，器件從單線總線上獲取電源，在DQ 線呈低電平時(shí)，改由C上的電壓Vcc繼續(xù)向器件供電。該寄生電源有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，檢測(cè)遠(yuǎn)程溫度時(shí)無(wú)需本地電源；第二，缺少正常電源時(shí)也能讀ROM。若采用外部電源VDD，則通過(guò)VD2 向器件供電。光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的48位是DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。主機(jī)操作ROM 的命令有五種， 所示。 8BIT CRC 48BIT SERLAL NUMBER 8BIT FAMILY CODE(28H)MSB LSB MSB LSB MSB LSB 64 位ROM 的結(jié)構(gòu) DS18B20的ROM命令指令說(shuō)明讀ROM（33H）讀DS1820的序列號(hào)匹配ROM（55H）繼讀完64位序列號(hào)的一個(gè)命令，用于多個(gè)DS18B20時(shí)定位跳過(guò)ROM（CCH）此命令執(zhí)行后的存儲(chǔ)器操作將針對(duì)在線的所有DS1820搜ROM（F0H）識(shí)別總線上各器件的編碼，為操作各器件作好準(zhǔn)備報(bào)警搜索（ECH）僅溫度越限的器件對(duì)此命令作出響應(yīng)DS18B20 測(cè)量溫度時(shí)使用特有的溫度測(cè)量技術(shù)。其內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào)f0，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)f。當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20 對(duì)f0 計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)門開通時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對(duì)頻率的非線性予以被償。測(cè)量結(jié)果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應(yīng)為9 位（符號(hào)點(diǎn)1位），但因符號(hào)位擴(kuò)展成高8 位，故以16 位被碼形式讀出， 給出了溫度和數(shù)字量的關(guān)系。 DS1820 溫度數(shù)字對(duì)應(yīng)關(guān)系表 TEMPERATURE DIGITAL OUTPUT (Binary) DIGITAL OUTPUT (Hex) +125℃ 0000 0111 1101 0000 07D0H +85℃ 0000 0101 0101 0000 0550H +℃ 0000 0001 1001 0001 0191H +℃ 0000 0000 1010 0010 00A2H +℃ 0000 0000 0000 1000 0008H 0℃ 0000 0000 0000 0000 0000H ℃ 1111 1111 1111 1000 FFF8H ℃ 1111 1111 0101 1110 FF5EH ℃ 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55℃ 1111 1100 1001 0000 FC90H DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的E2RAM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。暫存存儲(chǔ)器包含了8個(gè)連續(xù)字節(jié)，前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息，第一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低8位，第二個(gè)字節(jié)是溫度的高8位，第三個(gè)和第四個(gè)字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個(gè)字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新，第六、七、八個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算，第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)，[3]。 DS18B20暫存器分布寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度最低數(shù)字位0溫度最高數(shù)字位1高溫限制2低溫限制3保留4保留5計(jì)數(shù)剩余值6每度計(jì)數(shù)值7CRC校驗(yàn)8該字節(jié)各位的意義為TM R1 R0 1 1 1 1 1 ，低五位一直都是1 ，TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式，在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不用改動(dòng)，R1和R0用來(lái)設(shè)置分辨率，DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位。 分辨率設(shè)置表R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間009位0110位1011位375ms1112位750ms根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號(hào)后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。[4]。 DS18B20暫存器的命令指令說(shuō)明溫度轉(zhuǎn)換（44H）啟動(dòng)在線DS1820做溫度A/D轉(zhuǎn)換讀數(shù)據(jù)（BEH）從高速暫存器讀9bits溫度值和CRC值寫數(shù)據(jù)（4EH）將數(shù)據(jù)寫入高速暫存器的第2和第3字節(jié)中復(fù)制（48H）將高速暫存器中第2和第3字節(jié)復(fù)制到EERAM讀EERAM（B8H）將EERAM內(nèi)容寫入高速暫存器中第2和第3字節(jié)讀電源供電方式（B4H）了解DS1820的供電方式 DS18B20電路連接 由于DS18B20 工作在單總線方式，其硬件接口非常簡(jiǎn)單，僅需利用系統(tǒng)的一條I/ O線與DS18B20的數(shù)據(jù)總線相連即可，[5]。 DS18B20電