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DS18B20数字温度计的设计与实现
一、实验目的
１．了解DS18B20数字式温度传感器的工作原理。
２．利用DS18B20数字式温度传感器和微机实验平台实现数字温度计。
二、实验内容与要求
采用数字式温度传感器为检测器件，进行单点温度检测。用数码管直接显示温度值，微机系统作为数字温度计的控制系统。
１．基本要求：
(1)检测的温度范围：0℃～100℃，检测分辨率?0.5℃。 (2)用4位数码管来显示温度值。 (3)超过警戒值（自己定义）要报警提示。 ２．提高要求
(1)扩展温度范围。
(2)增加检测点的个数，实现多点温度检测。
三、设计报告要求
１．设计目的和内容 ２．总体设计
３．硬件设计：原理图（接线图）及简要说明 ４．软件设计框图及程序清单
５．设计结果和体会（包括遇到的问题及解决的方法）
四、数字温度传感器DS18B20
由DALLAS半导体公司生产的DS18B20型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,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。它具有体积小，接口方便，传输距离远等特点。 1. DS18B20性能特点
DS18B20的性能特点：①采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9位二进制数，含符号位），②测温范围为-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适配各种单片机或系统机，⑤用户可分别设定各路温度的上、下限，⑥内含寄生电源。
2. DS18B20内部结构
DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM,温度传感器,非挥发的温度报警触发器TH和TL,高速暂存器。64位光刻ROM是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列号。64位ROM结构图如图2所示。不同的器件地址序列号不同。 DS18B20的管脚排列如图1所示。
图1 DS18B20引脚分布图
8位检验CRC 48位序列号 8位工厂代码（10H）
MSB
图2 64位ROM结构图 DS18B20高速暂存器共9个存储单元，如表所示：
序号 寄存器名称 0 温度低字节 1 温度高字节 2 TH/用户字节1 存放温度上限 3 HL/用户字节2 存放温度下限 作 用 序号 寄存器名称 配置寄存器 作 用 LSB
以16位补码形式存放 4 5、6、7 保留 8 CRC
以12位转化为例说明温度高低字节存放形式及计算：12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个高低两个8位的RAM中，二进制中的前面5位是符号位。如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625才能得到实际温度。
高8位 低8位 S 23 S 22 S 21 S 20 S 2-1 26 2-2 25 2-3 24 2-4 3. DS18B20控制方法
DS18B20有六条控制命令，如表所示：
指 令 温度转换 读暂存器 写暂存器 复制暂存器 重新调E2RAM 读电源供电方式 约定代码 44H BEH 4EH 48H B8H B4H 操 作 说 明 启动DS18B20进行温度转换 读暂存器9个字节内容 将数据写入暂存器的TH、TL字节 把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中 把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节 启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU 4. DS18B20的通信协议
DS18B20器件要求采用严格的通信协议，以保证数据的完整性。该协议定义了几种信号类型：复位脉冲，应答脉冲时隙；写0，写1时隙；读0，读1时隙。与DS18B20的通信，是通过操作时隙完成单总线上的数据传输。发送所有的命令和数据时，都是字节的低位在前，高位在后。
a) 复位和应答脉冲时隙
每个通信周期起始于微控制器发出的复位脉冲，其后紧跟DS18B20发出的应答脉冲，在写时隙期间，主机向DS18B20器件写入数据，而在读时隙期间，主机读入来自DS18B20的数据。在每一个时隙，总线只能传输一位数据。时序图见图3。
b) 写时隙
当主机将单总线DQ从逻辑高拉到逻辑低时，即启动一个写时隙，所有的写时隙必须在60~120us完成，且在每个循环之间至少需要1us的恢复时间。写0和写1时隙如图所示。在写0时隙期间，微控制器在整个时隙中将总线拉低；而写1时隙期间，微控制器将总线拉低，然后在时隙起始后15us之释放总线。时序图见图4。
c) 读时隙
DS18B20器件仅在主机发出读时隙时，才向主机传输数据。所以在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时隙，以便DS18B20能够传输数据。所有的读时隙至少需要60us，且在两次独立的读时隙之间，至少需要1us的恢复时间。每个读时隙都由主机发起，至少拉低总线1us。在主机发起读时隙之后，DS18B20器件才开始在总线上发送0或1，若DS18B20发送1，则保持总线为高电平。若发送为0，则拉低总线当发送0时，DS18B20
在该时隙结束后，释放总线，由上拉电阻将总线拉回至高电平状态。DS18B20发出的数据，在起始时隙之后保持有效时间为15us。因而主机在读时隙期间，必须释放总线。并且在时隙起始后的15us之内采样总线的状态。时序图见图4。
图3 复位和应答脉冲时隙
图4 读写时序
五、硬件电路设计
按照系统设计功能的要求，确定系统由3个模块组成：主控制器、测温电路和显示电路。数字温度计总体电路结构框图如图5所示。