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数字温度计

1 设计要求

■基本范围-50℃-110℃

■精度误差小于 0.5℃

■LED 数码直读显示

2 扩展功能

■实现语音报数

■可以任意设定温度的上下限报警功能

数字温度计

摘要：随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟

的技术,本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温

度不在设置范围内时，可以报警。

关键词：单片机，数字控制，温度计， DS18B20，AT89S51

1 引言

随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也

是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工

作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智

能化控制方向发展。

本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其

输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用

单片机 AT89S51，测温传感器使用 DS18B20，用 3 位共阳极 LED 数码管以串口传送数据,实现温度

显示,能准确达到以上要求。

2 总体设计方案

2.1 数字温度计设计方案论证

2.1.1 方案一

由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化

的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可

以将被测温度显示出来，这种设计需要用到 A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。

2.1.2 方案二

进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想

到的，所以可以采用一只温度传感器 DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行

转换，就可以满足设计要求。

从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了

方案二。

2.2 方案二的总体设计框图

温度计电路设计总体设计方框图如图 1 所示，控制器采用单片机 AT89S51，温度传感器采用

DS18B20，用 3 位 LED 数码管以串口传送数据实现温度显示。

图 2 DS18B20 内部结构

64 位 ROM 的结构开始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位是前面 56 位的 CRC 检验码，这也是多个 DS18B20 可以采用一线进行通信的原因。温度报警

触发器ＴＨ和ＴＬ，可通过软件写入户报警上下限。

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

EERAM。高速暂存 RAM 的结构为８字节的存储器，结构如图 3 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，它的内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。该字节各位的定义如图 3 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，DS18B20 出厂时该位被设置为０，用户要去改动，R1

和Ｒ 0 决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。

温度 LSB

温度 MSB

TH 用户字节 1

TL 用户字节 2

配置寄存器

保留

CRC

. .

TM R1 R0 1 1 1 1

. .

图 3 DS18B20 字节定义

由表 1 可见，DS18B20 温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，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 是一部分温

度值对应的二进制温度数据。

表 1 DS18B20 温度转换时间表

R1 R0

0 0

分辨率/位温度最大转向时间/ms

0 1 10

1 0 11

1 1 12

187.5

375

750

. .

DS18B20 完成温度转换后，就把测得的温度值与 RAM 中的 TH、T Ｌ字节内容作比较。若Ｔ＞TH

或 T＜TL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。因此，可用

多只 DS18B20 同时测量温度并进行报警搜索。

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