1 硬件设计
1.1 温度传感器
该系统的温度采样元件采用DALLAS半导体公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20，微处理器仅需要1条端口线即可实现与DS18B20的双向通信。DS18B20采用仅有3只引脚的小体积封装形式T0～92，包括共用地线、外供电源线和单线数据传输总线端口。DS18B20可提供两种不同的供电方式：一种是外部供电方式，外供电源线接+5 V，此种供电方式设计简单，在较短的时间内就能完成温度测量;另一种为数据线供电方式，要求外供电源线接地，数据线需用单片机的一个I/O口来实现上拉，空闲时通过内部电容从数据线获取能量，此种供电方式设计较复杂，完成温度转换的时间也相对较长。选择一线式数字温度传感器DS18B20的主要原因有以下几个方面：
1)系统的特性方面，温度测量范围在-55～+125℃之间，且在-10～+85 ℃温度范围内可满足±0.5℃的最低精度，温度A/D转换精度可编程为9～12位，温度转换值能够以16位二进制码的格式直接串行输出，完成12位高精度转换的最大时间需要750 ms，通过选择数据线供电方式，可以超低功耗工作。
2)系统复杂程度方面，因为DS18B20是采用单总线控制技术的器件，接口时仅需占用微处理器的其中一个I/O口，并且一条数据总线上可以同时连接几十个相同器件，测温时不需要其他任何外部元件，所以与传统的模拟传感器相比，接线的数量大大减少，系统的复杂程度大大降低，工程施工量也相应减少。
3)系统的调试和维护方面，系统接口由于引线的减少而大大简化，系统调试更加便利，同时由于DS18B20属于全数字元器件，其故障率非常低且抗干扰性很强，因此系统的日常维护工作轻松许多。
4)系统成本方面，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，集成电路的功能不仅越来越强大，其体积也变得越来越小，且价格也越来越便宜。
1.2 电路原理
本系统采用AT89C51单片机作为控制核心，AT89C51是一种带有4 K字节FLASH闪速存储器的低电压、高性能8位CMOS微处理器，带有128字节的内部RAM、2个16位定时/计数器、32个I/O口、1个5向量两级中断结构、片内振荡器及时钟电路。此外，AT89C51能够降至0 Hz的静态逻辑操作，可以支持软件可选的两种节电工作模式。处于空闲工作模式时，CPU停止工作，但允许RAM、定时/计数器和中断系统继续工作。
电路原理图如图1所示，DS18B20的供电方式采用外部电源，数据线通过一个4.7 kΩ的上拉电阻接在单片机AT89C51的P1.7口，其他2只管脚分别对应接电源和地，此方式安全可靠且编程简单。
温度显示采用四位七段共阳LED数码管，间隔2 ms通过位选通信号P20、P21、P22、P23逐个点亮各个LED数码管，实现温度值的动态显示，可显示-55～+125℃温度测量范围。
2 软件开发流程
2. 1 主程序
主程序主要负责通过DS18B20读取到的当前温度测量值和温度的实时显示，由于DS18B20的12位精度的转换时间约为750 ms，可以每隔1 s进行一次温度测量，其程序流程图如图2所示。
2. 2 读温度子程序
读温度子程序的功能主要是从RAM中读取9字节数据，同事还需进行CRC校验，当校验出错时不再进行温度数据的读写，其子程序流程图如图3所示。
2.3 温度转换命令子程序
温度转换命令子程序的主要功能为发送温度转换开始命令，当设置为12位采样分辨率时完成转换时间约为750ms，故本程序设计中使用显示程序延时法来等待转换完成，延时时间设为1 s，其子程序流程图如图4所示。
2.4 计算温度子程序
计算温度子程序的功能是从RAM中读取值数据并进行BCD码转换运算，还需要判定温度值的正负，其子程序流程图如图5所示。
2.5 显示数据刷新子程序
显示数据刷新子程序的功能是刷新显示缓冲器中的显示数据，当显示最高位为0时需将符号显示位移到下一位，其子程序流程图如图6所示。
3 结论
此设计基于DS18B20的温度采集系统具有测温精度高、占用口线少、结构简单、连接方便、成本低等优点，但是硬件电路的简洁是以牺牲软件为代价的。由于DS18B20与单片
机AT89C51之间采用串行数据传送，所以，在对DS18B20进行读写操作时，必须保证严格的读写时序，否则将无法正确读取测温结果。