DS18B20温度测量电路的设计与仿真

　　1、引言

　　温度是日常生活和工农业生产中经常需要测试的重要参数。传统的方式一般采用热电偶或热电阻,其输出的模拟信号,需经A/D转换后才能送入单片机等微处理器,这样的硬件电路结构复杂,制作成本较高。近年来,各种新型温度传感器和测量方法大量出现并成功应用。单总线数字式智能型传感器技术彻底改变了传统的温度测量方法,直接将温度物理量转化为数字信号并以总线方法传送到微处理器进行数据处理。其中以美国DALLAS公司生产的DS18B20为代表的数字式智能温度传感器凭借其突出优点广泛使用于各种环境的自动化测量及控制系统中。

　　本文根据某温控设备的控制要求设计了以DS18B20作为温度采集器的温度测量电路,可实现温度的实时显示、超限报警等功能,并借助PROTUES电路分析与实物仿真软件展示电路功能效果。

　　2、电路结构及工作原理

　　基于DS18B20的温度测量电路主要由四部分组成:AT89C51单片机、DS18B20温度传感器、四位一体的共阴数码管、发光二极管构成的报警指示模块。其结构框图如图1所示。

　　DS18B20工作电压为3～5V,测量温度范围为一55～+ 125℃,用户设置的报警温度存储在芯片内部EEPROM中,可掉电保持。它具有3引脚,当采用外部电源供电时,GND脚接地,VCC脚接电源,DQ脚作为信号端接单片机I/O口,电源脚和DQ脚间还需要外接一个约4.7k的上拉电阻,保证总线闲置时其状态为高电平。DS18B20可以将所采集到的温度转换为数字信号,然后通过DQ传送至单片机,单片机从而启动程序存储器中的控制程序,驱动数码管显示温度值,并控制高、低温报警指示二极管的亮灭。

　　3、软件设计

　　电路是在程序的控制下,完成对温度测量、显示和超限报警。软件程序设计包含DS18B20温度测量、数码管显示、超限报警程序、主程序四部分。

　　3.1 DS18B20温度测量程序

　　单片机对DS18B20的访问流程是:先对DS18B20初始化,再进行ROM操作命令,然后发送存储器操作指令,一个存储器操作命令结束后则将进行指令执行或数据的读写。由于DS18B20采用的是单总线协议方式, 即在一根数据线实现数据的双向传输,而对AT89C51单片机来说,硬件并不支持单总线协议。因此,我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DSl8B20芯片的访问。由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据,因此,对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该。该协议定义了几种信号的时序:初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备,单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始,如果要求单总线器件回送数据,在进行写命令后,主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。