设计要求：

（1）温度低于或超出设定温度范围时发出报警。

（2）温度值可在数码管上实时数字显示。

（3）报警温度可以由人工自由设定。

在单片机电路设计中，大多数都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一直温度传感器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。

设计框图

根据资料设计出如图方案框图

工作原理

（1） DS18B20温度传感器的简介：

DS18B20的测温原理中，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，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的脉冲输入。

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度所对应的基数分别置入减法计数器和温度寄存器中，减法计数器对低温系数晶振产生的脉冲信号进行减法基数，当减法计数器的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器的预制将重新被装入，减法计数器重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行基数。

当斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。

（2） 主要设计过程如下：

我们设计的温度系统是由中央控制器、温度检测器及显示器组成。控制器采用单片机C51系列，温度检测部分采用DS18B20温度传感器，用LCD做显示器。温度传感器DS18B20采集温度信号送给该单片机处理，存储器通过单片机对某些时间点的数据进行存储，单片机再温度数据送LCD显示，已达到显示当前温度的目的。

温度采集模块：

单片机控制及AD转换模块

显示模块

报警模块：

电源模块

基于DS18B20温度传感器设计

本设计的主要内容是应用单片机和温度传感器设计一个数字温度表，DS18B20是一种可组网的高精度数字温度传感器，由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠。本设计基于数字温度传感器DS18B20，以AT89C51片机为核心设计此测试系统，具有结构简单、测温精度高、稳定可靠的优点。可实现温度的实时检测和显示，本文给出了系统的硬件电路详细设计和软件设计方法，经过调试和实验验证，实现了预期的全部功能。

电路设计

1、 设备整机结构及硬件电路框图

根据设计要求与设计思路，设计硬件电路框图如下图所示， 4位数码管显示器系统中AT89C51成对DS18B20初始化、温度采集、温度转换、温度数码显示。

本装置详细组成部分如下：

a、主控模块：AT89C51片机；

b、 传感器电路：DS18B20温度传感器；

c、电路：四位数码管显示。

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所示：

2、单片机的选择

单片机AT89C51有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。

AT89C51的管脚结构图：

3、 温度显示电路

四位共阳极数码管，能够显示小数和负温度。零下时，第一个数码管显示负号。当温度超过99.9时，四个数码管全部亮。列扫描用P2.0—P2.3来实现，列驱用NOT。电路仿真图如下：

4、 温度传感器

DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。电路图如下：

系统总电路图如下

5、 软件设计

主要包括主程序、读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序和现实数据刷新子程序等。

主程序 主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量温度值。温度测量每1S进行一次。主流程图如下：

读出温度子程序 读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节。在读出时须进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。流程图如下：

温度转换命令子程序 温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令。当采用12位分辨率时，转换时间约为750ms。在本程序设计中，采用1s显示程序延时法等待转换的完成。流程图如下：

计算温度子程序 计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算，并进行温度值正负的判定。

显示数据刷新子程序 显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高数据显示位为0时，将符号显示位移入下一位。

6、 系统所运用的功能介绍：

DS18B20与单片机之间采用串行通信的方式进行数据读写。