基于DS18B20数字温度传感器的仿真与设计应用

第一章引言

在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色，都无时无刻不在与温度打交道。自18世纪工业革命以来，工业发展与是否掌握温度有着紧密的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎%80的工业部门都不得不考虑着温度的因素。温度对于工业如此重要，由此推进了温度传感器的发展。

1.1传感器三个发展阶段：

一是模拟集成温度传感器。该传感器是采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。此种传感器具有功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等特点，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，且外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

二是模拟集成温度控制器。模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增强型集成温度控制器(例如TC652/653)中还包含了A/D转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别。

三是智能温度传感器。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，当然，其智能化程度也取决于软件的开发水平。

1.2温度传感器的发展趋势

进入21世纪后，温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。

1.3传感器在温控系统中的应用

目前市场主要存在单点和多点两种温度测量仪表。对于单点温测仪表，主要采用传统的模拟集成温度传感器，其中又以热电阻、热电偶等传感器的测量精度高，测量范围大，而得到了普遍的应用。此种产品测温范围大都在-200℃~800℃之间，分辨率12位，最小分辨温度在0.001~0.01之间。自带LED显示模块，显示4位到16位不等。有的仪表还具有存储功能，可存储几百到几千组数据。该类仪表可很好的满足单个用户单点测量的需要。多点温度测量仪表，相对与单点的测量精度有一定的差距，虽然实现了多路温度的测控，但价格昂贵。

针对目前市场的现状，本设计提出了一种可满足要求、可扩展的并且性价比高的单片机多路测温系统。

1.4设计研究意义

随着科学技术的不断进步与发展，温度控制在工业控制、电子测温计、家用电器等各种温度控制系统中被广泛应用，且由过去的单点测量向多点测量发展。目前温度传感器有模拟和数字两类传感器两种，为克服模拟传感器与微处理器接口时所需的信号调理电路或A／D转换器的缺点，多点检测温度控制系统多采用智能数字温度传感器，是系统的设计更加方便。常用的智能数字温度传感器有DS18B20、MAX6575、DS1722、MAX6635 等等。

在传统的温度测量系统设计中，往往采用模拟技术，这样就不可避免地遇到引线误差补偿、多点测量中的切换误差和信号调整电路的误差等问题；而其中某一环节处理不当，就会导致系统性能的降低。随着现代科学技术的飞速发展，特别是大规模集成电路设计技术的发展，微型化、集成化、数字化正成为传感器发展的一个重要方向。美国Dallas半导体公司推出的数字温度传感器DS18B20，具有独特的单总线接口，仅需占用一个通用I/0端口即可完成与微处理器间的通信；在-10～+85℃温度范围内具有0．5℃精度；用户可编程设定9～12位的分辨率。这些特性使得DS18B20非常适用于高精度、多点温度测量系统的设计。

1.5设计的任务目标

本设计主要是实现对温度进测量并准确显示。整个系统由MCU(单片机)控制，用于接收传感器采集的温度数据并加以显示出来，还可以从键盘设定温度报警值，系统根据命令，选择对应的传感器采集温度数据，并由驱动电路驱动温度显示。

利用一个单片机设计一个能够对多点温度同时进行测量的温度检测系统。该系统能够同时对多个点的温度进行测量和进行显示，并且能够对异常情况进行报警。

第二章方案设计

2.1 引言

温度测量的方案有很多种，可以采用传统的分立式传感器、模拟集成传感器以及新兴的智能型传感器。对于控制系统可以采用计算机、单片机等。

2.2方案设计

本系统主要由三个模块组成：控制模块、温度采集模块、显示模块。

2.2.1控制模块

本设计采用单片机基于数字温度传感器DS18B20的系统。单片机AT89C51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。温度传感器DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，组建传感器网络，且系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且能在恶劣的环境下进行现场温度检测。本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。如粮食仓储系统、楼宇自动化系统、温控制程生产线之温度影像检测、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械…等。

2.2.2温度采集模块

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。DS18B20智能温度温度传感器进行温度采集和转换输出数字型的温度值，然后通过数据引脚传到单片机的P1.1口，单片机接受温度并存储。DS18B20是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种单线智能温度传感器，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器，它可将温度信号直接转换为数字信号，实现了与单片机的直接接口，从而省去了信号调理和A/D转换等复杂模/数转换电路。DS18B20构成的温度采集模块电路简单、功能可靠、测量效率高，很好地弥补了传统温度测量方法的不足可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。它具有集成度高、模拟输入数字输出、抗干扰能力强、体积小、接口方便、传输距离远测温误差小等特点。DS18B20有PR-35和SOSI两种封装方式，本次设计采有PR-35式封装, 如图1.2所示。

图（a ）PR-35封装 图 （b ） SOSI 封装

图2－1 DS18B20 的两种封装 2.2.3温度显示模块

本课程设计的显示模块采用3位共阴极LED 数码管显示温度数据，两位整数，一位小数进行显示，从P0口送数，P2口扫描。 2.3系统框图

系统的系统设计方框图如图1.1所示，它主要由三部分组成:①控制部分主芯片采用单片机AT89S51；②显示部分采用3位共阴极LED 数码管以动态扫描方式实现温度显示；③温度采集部分的温度传感器采用DS18B20智能温度温度传感器。还有按键设置报警温度值和加热降温电路。

图2－2多路温度检测与控制总体设计框图

单 片

机

多路 DS18B20 传感器

LED 显示

声光报警器

加热继电器和风扇继电器

按键设置温度

第三章硬件设计

本课程设计的多点测温系统是以单片机和单总线数字温度传感器DS18B20为核心，充分利用单片机优越的内部和外部资源及智能温度传感器DS18B20的优越性能构成一个完备的测温系统，实现对温度的多点测量。整个系统由单片机控制，能够接收传感器的温度数据并显示出来，可以从键盘输入命令，系统根据命令，选择对应的温度传感器，并由驱动电路驱动温度显示。本课程设计了一种合理、可行的单片机监控软件，完成测量和显示的任务。由于单片机具有强大的运算和控制功能，使得整个系统具有模块化、硬件电路简单以及操作方便等优点。

本课题的整个系统是由单片机、显示电路、键盘电路、声光报警电路等构成。

3.1 温度传感器

3.1.1 温度传感器选用细则

现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。

（1）根据测量对象与测量环境确定传感器的类型

要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。

（2）灵敏度的选择

通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽员减少从外界引入的串扰信号

（3）频率响应特性

传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。

（4）线性范围

传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏

度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。

（5）稳定性

传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。

（6）精度

精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。

如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。

自制传感器的性能应满足使用要求。

3.1.2DS18B20温度传感器简介

温度的测量是从金属(物质)的热胀冷缩开始。水银温度计至今仍是各种温度测量的计量标准。可是它的缺点是只能近距离观测，而且水银有毒，玻璃管易碎。代替水银的有酒精温度计和金属簧片温度计，它们虽然没有毒性，但测量精度很低，只能作为一个概略指示。不过在居民住宅中使用已可满足要求。在工业生产和实验研究中为了配合远传仪表指示，出现了许多不同的温度检测方法，常用的有电阻式、热电偶式、PN结型、辐射型、光纤式及石英谐振型等。它们都是基于温度变化引起其物理参数(如电阻值，热电势等)的变化的原理。随着大规模集成电路工艺的提高，出现了多种集成的数字化温度传感器。

（1) 智能温度传感器DS18B20的性能特点：

1) 独特的单总线接口仅需要一个端口引脚进行通信,可以是串行口也可以是其他

I/O口，无须变换，直接输出被测温度值（9位二进制，含符号位）。多个DS18B20

可以并联挂接在一条总线上，实现实现多点温度采集检测功能；

2)可测温度范围为-55～+125℃，测量分辨率为0.0625℃；

3) 内含64位经过激光修正的只读存储器ROM；

4) 内含寄生电源，可直接通过数据总线供电，电压范围为3.0～5.5V；

5) 零待机功耗；

6)用户可通过编程分别设定各路的温度上、下限温度值来实现报警功能；

7) 适配各种微处理器；

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；

10) 可检测距离远，最远测量距离为150m 。

（2） DS18B20的内部结构

DS18B20的内部结构如图3-1所示。 DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM，温度报警触发器,温度传感器以及高速缓存器。

1)64位光刻ROM。64位光刻ROM是出厂前已被刻好的，它可以看做是该DS18B0

的地址序列号，不同的器件不一样，64位的地址序列号的构成如表2-1所示。开始8位是产品序列号代表产品的序列，接着48位产品序号代表同一系列产品的不同产品，最后8位是前56位的CRC校验码，所以不同的器件的地址序列号各不一样这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因（8位CRC编码的计算公式为CRC=X+X+X+1）。在64 b ROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（CRC）。主机根据ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC 值做比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。

表3－1 64位ROM地址序列号结构

48位产品序列号8位产品序号8位CRC编码检验

内部

电源探测

位

和

单线端口

位

产生器

暂存器

下限触发

上限触发

温度传感器

存储器和控制逻辑

图3－1 DS18B20内部结构

2) 非挥发的温度报警触发器(包括上限温度触发器TH和下限温度触发器TL)。可通过

软件程序写入设定用户所要求的报警上下限温度值。

3)高速暂存器。可以设置DS18B20温度转换的精度。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1.4。

DS18B20温度传感器的内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E 2PRAM 。

此外，DS18B20内部还包括寄生电源、电源检测、存储控制逻辑、8位循环冗余码生成器（CRC ）等部分。

DS18B20有两种供电方式。如图3-2所示：图（a ）是由外电源供电，图(b)是I/O 口总线和寄生电容配合供电。DS18B20寄生电源由两个二极管和寄生电容构成。电源检测电路用于判定供电方式。寄生电源供电时，电源端与接地端并联接地，器件从总线上获取电源。在I/O 线呈低电平时，改由寄生电容上的电压继续向器件供电。

采用寄生电源有两个优点：一是检测远程温度是无需本地电源；二是缺少正常电源时也能读ROM 。若采用外部电源，则通过二极管向器件供电。

UDD

I/O I/O

GND UDD GND

图(a)使用外部电源供电 图 （b ）使用寄生电源供电

图3-2 DS18B20与微处理器的硬件连接方式

由表3-3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。

当符号位S ＝0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位S ＝1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。

表2-4是一部分温度值对应的二进制温度数据。

MCU (单片 机) P1.1 DS18B20

MCU (单片 机) P1.1 DS18B20

表3－3 DS18B20温度转换时间表

R1 R0 分辨率/位温度最大转向时间/ms

0 0 9 93.75

0 1 10 187.5

1 0 11 375

1 1 1

2 750

表3－4 一部分温度对应值表

温度/℃数字输出（二进制）数字输出（十六进制）

+125 0000 0000 1111 1010 00FAH

+25 0000 0000 0011 0010 0032H

+0.5 0000 0000 0000 0001 0001H

0 0000 0000 0000 0000 0000H

-0.5 1111 1111 1111 1111 FFFFH

-25 1111 1111 1100 1110 FFCEH

-55 1111 1111 1001 0010 FF92H

3.2 DS18B20的测温原理

每一片DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的64地址位序列号，在出厂前已写入片内ROM 中。主机在进入操作程序前必须用读ROM(33H)命令将该DSl8B20的序列号读出。

程序可以先跳过ROM，启动所有DSl8B20进行温度变换，之后通过匹配ROM，再逐一地读回每个DSl8B20的温度数据。

DS18B20的测温原理如图3-3所示。低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 ℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55 ℃所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。

图2.3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，提高测量准确制度。其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值。

图3-3 DS18B20的测温原理图

3.3 DS18B20与微处理器的接口技术

1. DS18B20与单片机的链接有两种方法，如图3-2所示：一种是VDD 接外部电源，GND 接地，I/O 与单片机的任一条I/O 线相连；另一种是用寄生电源供电，此时VDD 、GND 并联接地，I/O 接单片机的任一条I/O 。无论是内部寄生电源供电还是外部供电，I/O 接口都要接漏极开路或三态输出以提高负载驱动能力。本设计采用寄生电源供电模式，I/O 口接5K Ω左右的上拉电阻。实际应用中，DS18B20可以距单片机150m 远，测量数据不会产生误差，在同一条数据总线上可以并接许多片DS18B20实现多路温度采集。

2. DS18B20控制命令 （1） 暂存器命令 访问DS18B20的暂存器共有6条命令，如表3-5所示。

表3-5 DS18B20暂存器命令

指令 约定代码 操作说明 温度变换

44H

启动DS18B20进行温度转换，转换时间最长为500MS ，结果存入内部9字节RAM 中

读暂存器 0BEH 读内部RAM 中9字节的内容

写暂存器

4EH

发出向内部RAM 的第3，4字节写上、下限温度数据命令，紧跟读命令之后，是传送两字节的数据

复制暂存器 48H 将E 2PRAM 中第3，4字节内容复制到E2PRAM 中 重调E2PRAM

0BBH

将E 2PRAM 中内容恢复到RAM 中的第3，4字节

减法计数器1

斜坡累加器

减到0

减法计数器2 预 置

低温度系数 振 荡 器

高温度系数 振 荡 器

计数比较器

预 置 温度寄存器

减到0

加1

置位/清零

停止

读供电方式0B4H 读DS18B20的供电模式，寄生供电时DS18B20发送

“0”，外接电源供电DS18B20发送“1”

（2）对ROM的5种操作命令。如表3-6所示：

①读ROM命令（代码为33H）：该命令允许主CPU读取DS18B20中的8位产品

序列编号、48位产品序列号及8位CRC值。该命令值适用于总线上只挂接

一片DS18B20，对总线上挂有多片DS18B20时不适用。

②符合ROM命令（代码为55H）：该指令适合在一条总线上挂接多片DS18B20

的情况。具体应用是这样的，主CPU先向总线发这条命令，然后再发64

位的ROM数据。再总线上，只有符合所发的64位ROM的DS18B20才有操

作权。这样就实现了单总线上的寻址。

③寻找ROM命令（代码为F0H）：这条命令用于对连在单总线上的多个DS18B20

进行初始化操作。

④跳过ROM命令（代码为CCH）：该命令用于对总线上的报警器进行寻找，其

用法与寻找ROM一样。

⑤寻找报警命令（代码为ECH）：该命令用于对总线上的报警器件进行寻找

ROM一样。

表3-6 ROM操作命令

指令约定代码操作说明

读ROM 33H 读DS18B20 ROM中的编码

符合ROM 55H 发出此命令之后，接着发出64位ROM编码，访问单线总线上与该编码相对应的DS18B20 使之作出响应，为下一步对该DS18B20的读写作准备

寻找ROM 0F0H 用于确定挂接在同一总线上DS18B20的个数和识别

64位ROM地址，为操作各器件作好准备

跳过ROM 0CCH 忽略64位ROM地址，直接向DS18B20发温度变换命

令，适用于单片工作。

寻找报警命令0ECH 执行后，只有温度超过设定值上限或者下限的片子才做出响应

3.DS18B20访问流程

CPU对DS18B20访问的工作流程是：先对DS18B20进行初始化，再发ROM操作命令，最后才能对存储器及数据进行操作。DS18B20每一步操作都在严格的工作时序和通信协议下进行的。例如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通信协议，须经过三个步骤：第一步是复位，第二步是发送ROM命令，第三步是发送RAM命令。值得注意的是，每一次读写之前都要对它进行复位。下面详细说明

DS18B20的操作过程。

（1）DS18B20的初始化

DS18B20的所有操作均从初始化开始，初始化的过程是首先由CPU发出一个复位脉冲，复位脉冲的时间为480～960us，然后由丛属器件发出应答脉冲。初始化是主CPU发出一个复位信号，将数据总线上的所有DS18B20复位，然后释放总线，该总线位接收状态。由于接有上拉电阻，在释放总线是有15 ~60us 的时间间隙，在此之后的60~240us时间内，如果CPU检测到总线为低电平的话，则说明DS18B20初始化完成。DS18B20初始化时序波形如图所示：

图3-4 DS18B20复位初始化时序图

（2）发送ROM命令

ROM的操作命令位8位二进制数，CPU对ROM的操作有读ROM命令、符合ROM命令、搜索ROM命令、跳过ROM命令、报警搜索命令共5种。其中符合ROM命令是用来识别连在总线是的DS18B20芯片，其过程是主CPU 发出符合ROM命令（代码位55H）后，接着送出64位的ROM数据序列，从而使主CPU实现对单总线上的特定DS18B20进行寻址，只有与64位序列严格相符的DS18B20才能对后续的操作发出响应，符合ROM命令只对同时挂在总线上的多片DS18B20适用。读写ROM的操作时序如图所示。

图（a）DS18B20写时序

图（b ）DS18B20读时序 图3-5 DS18B20操作时序图

（3） 发送RAM 命令

RAM 命令是暂存器操作命令，共有6条，在前面已经列出，其功能是实现温度的转换、读/写、复制暂存器的内容等功能。

在具体的设计过程中，访问DS18B20也是通过程序设计来实现的。具体程序可以按照上面的工作时序图和命令的相应格式进行程序设计。

另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM 功能命令→发存储器操作命令→处理数据。

3.4DS18B20的测温流程

图3－6 DS18B20测温流程

3.5系统硬件电路设计

DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图3.1所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET 管来完成对总线的上拉。本设计采用电源供电方式， P1.1口接单线总线为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET 管和89S51的P1.0来完成对总线的上拉。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D 变换操作时，总线上必须有强的上拉，

初始化 DS18B20

跳过ROM 匹配

温度变换

延时1S

跳过ROM 匹配

读暂存器

转换成显示码 数码管显示

上拉开启时间最大为10 μs。采用寄生电源供电方式是V

和GND端均接地。由于单线制

DD

只有一根线，因此发送接收口必须是三状态的。主机控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤：

①初始化；

②ROM操作指令；

③存储器操作指令。

系统总电路

第四章系统软件设计

4.1 系统软件设计整体思路

一个应用系统要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单，如数字滤波，信号处理等。因此充分利用其内部丰富的硬件资源和软件资源，采用与S51系列单片机相对应的51汇编语言和结构化程序设计方法进行软件编程。

程序设计语言有三种：机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言是机器唯一能“懂”的语言，用汇编语言或高级语言编写的程序（称为源程序）最终都必须翻译成机器语言的程序（成为目标程序），计算机才能“看懂”，然后逐一执行。

高级语言是面向问题和计算过程的语言，它可通过于各种不同的计算机，用户编程时不必仔细了解所用的计算机的具体性能与指令系统，而且语句的功能强，常常一个语句已相当于很多条计算机指令，于是用高级语言编制程序的速度比较快，也便于学习和交流，但是本系统却选用了汇编语言。原因在于，本系统是编制程序工作量不大、规模较小的单片机微控制系统，使用汇编语言可以不用像高级语言那样占用较多的存储空间，适合于存储容量较小的系统。同时，本系统对位处理要求很高，需要解决大量的逻辑控制问题。

MCS—51指令系统的指令长度较短，它在存储空间和执行时间方面具有较高的效率，编成的程序占用内存单元少，执行也非常的快捷，与本系统的应用要求很适合。而且MCS —51指令系统有丰富的位操作（或称位处理）指令，可以形成一个相当完整的位操作指令子集，这是MCS—51指令系统主要的优点之一。对于要求反应灵敏与控制及时的工控、检测等实时控制系统以及要求体积小、系统小的许多“电脑化”产品，可以充分体现出汇编语言简明、整齐、执行时间短和易于使用的特点。

本装置的软件包括主程序、读出温度子程序、复位应答子程序、写入子程序、以及有关DS18B20的程序（初始化子程序、写程序和读程序）

4. 3系统软件设计的一般步骤

系统进行软件设计时，先要对本课题硬件有一个熟练的掌握，知道系统的组成，数据的传输，信号是如何被控制的，以及信号的显示。然后进行软件设计时，先搞清楚各个部分的子程序及他们的流程图，然后进行编程，最后将它们系统的编程

4.4系统程序流程图

系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，复位应答子程序，写入子程序等。（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的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图

4-1所示。通过调用读温度子程序把存入内存储中的整数部分与小数部分分开存放在不同的两个单元中，然后通过调用显示子程序显示出来。

图4-1 主程序流程图、

（2）读出温度子程序

读出温度子程序流程图如图4-2所示。其主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。

DS18B20的各个命令对时序的要求特别严格，所以必须按照所要求的时序才能达到预期的目的，同时，要注意读进来的是高位在后低位在前，共有12位数，小数4位，整数7位，还有一位符号位。

DS18B20复位、应答子程序

跳过ROM匹配命令

写入子程序

温度转换命令

写入子程序

显示子程序(延时)

DS18B20复位、应答子程序

跳过ROM匹配命令

写入子程序

读温度命令子程序

终止

图4-2读出温度子程序

（3）复位、应答子程序

图4-3复位、应答子程序

开始

P1.0口清0

延时537us

P1.0口置1

标志位置1

50US 是否有低电平

有234US 低电平

P1.0口置1

终止

标志位置1

是

否

是 否

（4）写入子程序

开始

进位C清0

P1.0清0

延时12us

带进位右移

延时46US

P1.0置0

R2是否为0

结束

图4-4 写入子程序