基于DS18B20的数字式温度计设计

　　0 引言

　　温度是日常生活中常检测和控制的一个量，随着单片机技术在电子产品中的广泛应用，基于单片机的数字温度计就显得非常普遍和实用。该文采用DS18B20 温度传感器，设计了一种基于单片机STC89C52RC 的数字温度计，克服了传统温度计读数麻烦、测量速度慢、精度低、误差大等缺点。该数字温度计设计电路简单，其输出温度采用数字显示，读数直接，分辨率高，为人们工作、科研、生活提供更好、更方便的电子产品设施。

　　1 系统原理与设计

　　在单片机技术的基础上根据数字温度传感器DS18B20 的结构特点、工作原理和通信协议设计数字温度计，同时结合软件编程实现温度采集并显示的功能。该系统由3 个模块组成: 主控制器、测温电路及显示电路。其系统结构如图1 所示。

　　设计的数字温度计控制器采用单片机STC89C52RC，温度传感器为DS18B20，用4 位共阳LED 数码管以动态扫描法实现温度显示。STC89C52RC 的P1. 0 ～ P1. 7 口接8 个510 Ω 电阻作为缓冲驱动器控制4 位数码管的段选，P3. 0 ～P3. 3 接9012 三极管驱动4 位数码管。P3. 7 接温度传感器DS18B20 的DQ 端实现与DS18B20 通信。

　　1. 1 STC89C52 单片机

　　STC89 系列单片机是MCS - 51 系列单片机的派生产品。它在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准8052 单片机完全兼容。根据系统要求，选择了STC89C52 单片机[1]。STC89C52 单片机有以下优点:

　　1) 它是MCS - 51 系列单片机的派生产品，在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准8052 单片机完全兼容，DIP40 封装系列与8051 兼容均为Pin -to - Pin，使用时容易掌握;

　　2) 高速( 最高时钟频率90 MHz) 、低功耗、价格低、稳定可靠。系统利用了STC89C52 单片机的1个中断，2个定时器以及P0 ～ P3 4 个端口。采用外部11. 059 2 MHz 晶振，并使用30 pF 的电容接地，以提高系统的稳定性和可靠性[2 - 4]。STC89C52RC 单片机引脚如图2 所示。

　　1. 2 DS18B20 介绍

　　DS18B20 是美国DALLAS 半导体公司最新推出的产品，是一种改进型智能数字温度传感器，它通过简单的编程实现9 ～ 12 位的数字直读方式，能直接读出被测温度的数值，不需要进行任何转换。DS18B20 的测温原理如下: 器件中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振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2 的脉冲输入。器件中有一个计数门，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 ℃所对应的一个基数分别置入减法计数器1 和温度寄存器中，计数器1 和温度寄存器被预置在- 55 ℃所对应的一个基数值[5 - 6]。同时，由于DS18B20 单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要，系统对DS18B20 的各种操作按协议进行。