摘要：基于美國DALLAS公司推出的數字溫度傳感器DS18B20，給出了一個溫度測量與顯示系統的設計方法。該系統由51單片機AT89C52控制，并由8位數碼管顯示實時溫度，通過該系統可設置溫度上限與下限，以便在溫度超過限值時進行報警。
　　
　　關鍵詞：單片機；AT89C52；DS18B20；溫度測量
　　
　　引言
　　
　　傳統的溫度檢測大多以熱敏電阻為溫度傳感器，而熱敏電阻的可靠性差，測量溫度準確率低，且必須轉換為數字信號后才能由單片機進行處理，在高精度要求的溫度檢測應用中，熱敏電阻已經被精度高、準確性好的集成溫度采集設備所代替。DS18B20是美國DALLAS半導體公司推出的一種改進型數字溫度傳感器。它在溫度精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面有很大改進，因而被廣泛應用于溫度采集與處理、數字溫度計及各種溫控系統中。本文采用DS18B20設計的溫度測量與顯示系統，可以實時測量并顯示的溫度范圍為-55～125℃。系統可設置溫度上限和溫度下限，當測量溫度高于上限或者低于下限溫度時，系統將發出報警。
　　
　　1、溫度傳感器DS18B20
　　
　　DS18B20是美國DALLAS半導體公司推出的一種改進型智能溫度傳感器，該傳感器的可測溫度范圍為-55～125℃，可編程分辨率為9～12位，對應的可分辨溫度為0．5℃、0．25℃、0．125℃和0．0625℃。DS18B20的測量輸出為數字信號，并可單線串行發送給CPU，并支持多點組網。DS18B20有3腳和8腳兩種結構，而8腳的結構又有不同的封裝形式，圖1所示是DS18B20的引腳圖。本文采用三極管形狀的3腳DS18B20。
　　
　　事實上，無論是3腳結構還是8腳的結構，DS18B20在實際電路中都只有3個引腳參與連接，即電源（VDD）、地（GND）和信號輸入輸出（DQ）。　　
　　2、系統仿真電路
　　
　　基于DS18B20的溫度測量與顯示系統仿真電路圖如圖2所示。　　
　　電路中的單片機采用AT89C52，DS18B20采用外部電源供電方式，其DQ端子與單片機的P3．7相連。采用兩個4連排共陽極數碼管顯示實時溫度，分別用于顯示整數部分和小數部分。數碼管的段選線與單片機的P1口相連，位選線與P2口相連。圖中顯示的正是zui高溫度125℃，由于在proteus軟件中DS18B20無法設置小數，所以小數部分只能顯示零了。DS18B20的zui高分辨率為0．0625℃，所以理論上應該能顯示4位小數。
　　
　　3、軟件設計
　　
　　本系統的軟件設計主要包括三部分，一是溫度測量部分，二是溫度顯示部分，還有一個是報警部分。
　　
　　DS18B20通過嚴格的單線通信協議來保證數據完整。該協議中定義了復位脈沖、存在脈沖、寫0、寫1、讀0、讀1等幾種信號形式。其中，只有存在脈沖是由總線受控（即DS18B20）發出，其他的全部由總線主控（即單片機）發出。
　　
　　3．1初始化
　　
　　DS18B20的初始化包括來自單片機的復位脈沖和接下來由DS18B20發出的存在脈沖。其初始化時序圖如圖3所示。
　　
　　當DS18B20響應單片機的復位而發出存在脈沖時，單片機便知道DS18B20在線上并已準備好。單片機發送復位脈沖，即拉低總線至少480μs，然后單片機釋放總線并進入接收模式。當DS18B20檢測到復位脈沖后，等待15～60μs，然后發送存在脈沖，即拉低總線60～240μs。由于DS18B20的DQ引腳接了一個上拉電阻，所以，總線的空閑狀態為高電平，存在脈沖結束后，總線自動恢復到高電平狀態。單片機所要做的就是發出復位脈沖并檢測DS18B20的存在脈沖，其參考程序如下：　　
　　3．2寫時序
　　
　　單片機可在寫時隙向DS18B20寫入數據，在讀時隙從DS18B20讀出數據，每個時隙總線上只傳送一位數據。寫時隙有“寫1”時隙和“寫0”時隙兩種。單片機通過寫1時隙向DS18B20寫入一個邏輯1，并通過寫0時隙向DS18B20寫入一個邏輯0。所有的寫時隙必須至少持續60μs，并在每個獨立的寫時隙之間至少有1μs的恢復時間。兩種寫時隙都是由單片機拉低總線開始的，如圖3所示。　　
　　要產生寫1時隙，單片機在拉低總線后必須在15μs之內釋放總線。總線被釋放后，上拉電阻將把總線拉高。要產生寫0時隙，單片機在拉低總線后必須繼續保持總線低電平使時隙至少60μs。DS18B20在時隙開始后15～60μs之間的時間段內對總線進行采樣，如果總線是高電平，則向DS18B20寫入一個1，如果總線是低電平，則向DS18B20寫入一個0。
　　
　　下面是向DS18B20寫入一個字節數據的程序代碼：　　
　　3．3讀時序
　　
　　所有的讀時隙必須至少持續60μs，并在每個獨立的讀時隙之間至少有1μs的恢復時間。讀時隙開始后，先由單片機拉低總線至少1μs，然后單片機釋放總線。讀時隙開始后，DS18B20將開始向總線發送1或0。發送0時，DS18B20釋放總線直到時隙結束，此后上拉電阻將把總線拉回到高電平的空閑狀態。DS18B20的數據在讀時隙開始之后15μs之內有效，因此，單片機在時隙開始后，必須釋放總線，然后在15μs之內對總線進行采樣。下面是從DS18B20讀出一個字節數據的程序：　　
　　3．4主要命令
　　
　　DS18B20有5個ROM操作命令，6個存儲器操作命令，表1所列是DS18B20的操作命令。　　
　　本系統主要使用了表1中的3個命令，即跳過ROM、溫度變換和讀暫存器命令。
　　
　　3．5顯示程序
　　
　　DS18B20提供的溫度數據有兩個字節，其中低8位的末4位是小數部分，因此，程序中對溫度數據的整數部分和小數部分要分別進行處理。如t=t>>4；即得到溫度值的整數部分，t=t&0x0f；則得到溫度值的小數部分，然后分別在數碼管上進行顯示。
　　
　　3．6報警部分
　　
　　在程序中設置溫度上限和溫度下限后，測量溫度將與門限值進行比較。如果測量溫度高于溫度上限或者低于溫度下限，系統就發出報警。
　　
　　4、結語
　　
　　本文基于數字溫度傳感器DS18B20設計并仿真了一個溫度測量與顯示系統，同時，系統設置了溫度上限和溫度下限，當測量溫度超出溫度門限值時，系統便會報警。事實上，具有顯示與報警功能的溫度測量系統的應用非常廣泛，而且DS18B20可以支持多點組網，因此可以同時測量多點溫度。