DS18B20数字温度计设计实验报告

湖北科技学院

单片机原理及应用

课程设计报告书

题目：DS18B20数字温度计的设计

姓名：

指导老师：

设计时间： 2014年12月1日—12月20日

电子与信息工程学院

目录

1.引言 (3)

1.1.设计意义 (3)

1.2.系统功能要求 (3)

2.方案设计 (3)

3.硬件设计 (2)

4.软件设计 (5)

5.系统调试 (7)

6.设计总结 (8)

7.附录 (9)

8.作品展示 (15)

9.参考文献 (17)

DS18B20数字温度计设计

1.引言

1.1. 设计意义

在日常生活及工农业生产中，经常要用到温度的检测及控制，传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持。其缺点如下：

●硬件电路复杂；

●软件调试复杂；

●制作成本高。

本数字温度计设计采用美国DALLAS半导体公司继DS1820之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，测温范围为-55～125℃，最高分辨率可达0.0625℃。

DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的热点。

1.2. 系统功能要求

设计出的DS18B20数字温度计测温范围在-55～125℃，误差在±0.5℃以内，采用LED数码管直接读显示。

2.方案设计

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4.1图所示：

图4.1

3. 硬件设计

温度计电路设计原理图如下图所示，控制器使用单片机AT89C2051，温度传

感器使用DS18B20，使用四位共阳LED 数码管以动态扫描法实现温度显示。

AT89C2051 主 控

制

器 DS18B20 显示电路 扫描驱动

主控制器单片机AT89C2051

具有低电压供电和小体积等特点，两个端口刚好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

统可用两节电池供电。AT89C2051的引

脚图如右图所示：

1、VCC：电源电压。

2、GND：地。

3、P1口：P1口是一个8位双向

I/O口。口引脚P1.2~P1.7提供内部上

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(ANI0)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LED显示。当P1口引脚写入“1”时，其可用作输入端，当引脚P1.2~P1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的写入“1”时，其可用作输入端。当引脚P1.2~P1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的上拉电阻而流出电流。

4、P3口：P3口的P3.0~P3.

5、P3.7是带有内部上拉电阻的七个双向I/O 口引脚。P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。P3口缓冲器可吸收20mA电流。当P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。用作输入时，被外部拉低的P3口脚将用上拉电阻而流出电流。

5、RST：复位输入。RST一旦变成高电

平所有的I/O引脚就复位到“1”。当振荡器

正在运行时，持续给出RST引脚两个机器周

期的高电平便可完成复位。每一个机器周期

需12个振荡器或时钟周期。

6、XTAL1：作为振荡器反相器的输入和

内部时钟发生器的输入。

7、XTAL2：作为振荡器反相放大器的输出。

总线驱动器 74LS244

74LS244为3态8位缓冲器，一般用作总线驱动器。引脚图见上图。

显示电路

显示电路采用4位共阳极LED数码管，从P1口输出段码，列扫描用P3.0～P3.3口来实现，列驱动用8055三极管。

温度传感器 DS18B20

DS18B20的性能特点：

1、适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。

2、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。

3、 DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。

4、DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。

5、温范围－55℃～+125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃。

6、可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温。

7、在9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换

为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换

为数字，速度更快。

8、测量结果直接输出数字温度信号，以"一线总

线"串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极

强的抗干扰纠错能力。

9、负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热

而烧毁，但不能正常工作。DS18B20与单片机的接口

电路（引脚图见右图）

DS18B20可以采用电源供电方式，此时DS18B20的第1 脚接地，第2脚作为信号线，第3脚接电源。

4. 软件设计

系统程序主要包括主程序、读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序和显示数据刷新子程序等。

4.1 主程序

主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量温度值。温度测量每1s进行一次。主程序流程图如图4.1所示。

4.2 读出温度子程序

读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节。在读出时必须进行CRC 校验，校验有错时不能进行温度数据的改写。读出温度子程序流程图如下图所示：