1 前言
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。针对以上问题，采用一种改进型智能温度传感器作为检测元件，测温范围为-55～
+125 ℃，最高分辨率可达0.0625℃，误差 +0.5℃以内。数字温度计传感器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特点。本数字温度计设计采用一种改进型智能温度传感器作为检测元件，测温范围为-55～125 ℃，最高分辨率可达0.0625℃，误差 +0.5℃以内。而传统的温度计，如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。硬件电路复杂，软件调试困难，制作成本高等缺点都给科技、工业、农业等诸多领域带来许多问题，尤其在生物学，珊瑚以其独特的生物学及生态学特性成为研究热带海洋环境的重要信息载体.阐明了珊瑚微量元素Sr/Ca、Mg/Ca温度计的建立基础、测定方法、研究成果、环境意义、争论问题及进一步研究的设想.多种海表温度计的对比研究,为现代和古海洋环境的重建、探索气候的变率与特征事件(冷暖、旱涝、ENSO等)的关联以及为预测未来气候变化的趋势提供科学的判据。因此，鉴于以上问题主要设计测温范围为-55～125 ℃，精度为0.1℃的数字温度计。
2 系统硬件的设计
本数字温度计设计采用美国DALLAS 半导体公司继DS18B20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特点。按照系统设计的功能和要求，确定系统由3个模块组成：主控制器，测温电路和显示电路[1]。 数字温度计总体电路结构框图如图1.1所示。
设计要求： 测温范围 -55～~+125 ℃；误差 +0.5℃以内；采用LED 数码管直读显示。温度计设计原理图如图所示,控制器使用单片机AT89C2051,温度传感器使用DS18B20，用4位共阳LED 数码管以动态扫描法实现温度显示。（电路图见附录）。
2.1 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。主电路图如2.1所示。
扫描驱动
AT89C2051
主 控 制 器
显示电路
图1.1数字温度计总体电路结构框图
DS18B20
图2.1主电路图
2.2 显示电路
显示电路采用4位共阳LED数码管，从P1口输出段码，列扫描用P3.0~P3.3来实现，列驱动用9012三极管。显示电路图如2.2所示。
图2.2显示电路图
2.3 温度传感器工作原理
2.3.1 DS18B20的性能特点
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新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度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读取方式。DS18B20的性能特点如下：独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；无须外部器件；可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5V；零待机功耗；温度以9或12位数字；用户可定义报警设置；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；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]。
2.3.2 DS18B20原理
DS18B20 采用3 脚PR-35 封装或8 脚SOIC 封装，管脚排列如图2.3所示。图中GND 为地，DQ 为数据输入/输出端（即单线总线），该脚为漏极开路输出，常态下呈高电平，Vcc 是外部+5V 电源端，不用时应接地，NC 为空脚。
图2.3 DS18B20的外部结构
DS18B20内部主要包括寄生电源、温度传感器、64 位激光ROM 单线接口、存放中间数据的高速暂存器，用于存储用户设定的温度上下限值的TH 和TL 解发器存储与控制逻辑、8 位循环冗余校验码（CRC）发生器等七部分，内部结构如图2.4。
图2.4 DS18B20的内部结构
寄生电源由二极管VD1、VD2 和寄生电容C 组成，电源检测电路用于判定供电方式，寄生电源供电时，V DD 端接地，器件从单线总线上获取电源，在DQ 线呈低电平时，改由C 上的电压Vcc 继续向器件供电。该寄生电源有两个优点：第一，检测远程温度时无需本地电源；第二，缺少正常电源时也能读ROM 。若采用外部电源V DD ，则通过VD2 向器件供电。
光刻ROM 中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，如表2.1所示。开始8位（28H ）是产品类型标号，接着的48位是DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM 的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。主机操作ROM 的命令有五种，如表2.1 所示。
8-BIT CRC
48-BIT SERLAL NUMBER
8-BIT FAMIL Y CODE(28H)
MSB LSB MSB LSB MSB LSB
表2.1 64 位ROM 的结构
表2.2 DS18B20的ROM 命令
64位ROM 和
单线接口
高 速 缓 存
存储器与控制逻辑
温度传感器 高温触发器TH 低温触发器TL 配置寄存器 8位CRC 发生器
