《单线数字温度传感器DS18B20原理及其应用[共12页]》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单线数字温度传感器DS18B20原理及其应用[共12页]（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 - 1 - 单线数字温度传感器单线数字温度传感器 DS18B20 原理及其应用原理及其应用 DALLAS 最新单线数字温度传感器 DS18B20 简介新的一线器件体积更小、 适用电压更宽、 更经济 Dallas 半导 体公司的数字化温度传感器 DS1820 是世界上第一片支持 一线总线接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的 特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20、 DS1822 一线总线数字化温 度传感器 同 DS1820 一样，DS18B20 也 支持一线总线接口，测量温度范围为 -55 C+125 C，在-10+85 C 范围 内,精度为 0.
2、5 C。DS1822 的精度较差为 2 C 。现场温度直接以一线总线的数字方式传输，大大提高了系统的抗 干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品 不同， 新的产品支持 3V5.5V 的电压范围， 使系统设计更灵活、 方便。 而且新一代产品更便宜， 体积更小。 DS18B20、 DS1822 的特性 DS18B20 可以程序设定 912 位的分辨率，精度为 0.5 C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范 围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在 EEPROM 中，掉电后依然保存。DS18B20 的性能是新一代产品中最 好的！性能价
3、格比也非常出色！ DS1822 与 DS18B20 软件兼容，是 DS18B20 的简化版本。省略了存储用户定义报 警温度、分辨率参数的 EEPROM，精度降低为 2 C，适用于对性能要求不高，成本控制严格的应用，是经济型产品。 继一线总线的早期产品后，DS1820 开辟了温度传感器技术的新概念。DS18B20 和 DS1822 使电压、特性及封装有 更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。 1. DS18B20 的新性能的新性能 (1) 可用数据线供电，电压范围：3.05.5V； (2) 测温范围：-55+125，在-10+85时精度为 0.5； (3) 可编程的分辨率为 912
4、 位，对应的可分辨温度分别为 0.5、0.25、0.125和 0.0625； (4) 12 位分辨率时最多在 750ms 内把温度值转换为数字； (5) 负压特性：电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 2. DS18B20 的外形和内部结构的外形和内部结构 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、配置寄 存器。DS18B20 的管脚排列如下: - 2 - 图（1）DS18B20 外形图 引脚定义： (1) DQ 为数字信号输入/输出端； (2) GND 为电源地； (3) VDD 为外接供电电源输入
5、端（在寄生电源接线方式时接地）。 内部结构 图 （2） DS18B20 内部结构图 DS18B20 有 4 个主要的数据部件： - 3 - （1）光刻 ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20 的地址序列码。64 位光刻 ROM 的排列是：开始 8 位（28H）是产品类型标号，接着的 48 位是该 DS18B20 自身的序列号，最后 8 位是前面 56 位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻 ROM 的作用是使每一个 DS18B20 都各不相同，这样就可以实现 一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的。 （2） DS18B20 中的温度
6、传感器可完成对温度的测量，以 12 位转化为例：用 16 位符号扩展的二进制补码读数 形式提供，以 0.0625/LSB 形式表达，其中 S 为符号位。 表 1 DS18B20 温度值格式表 这是 12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 18B20 的两个 8 比特的 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 即可得到实际温度。 例如+125的数字输出为 07D0H，+25.0625的数字输出为 0191H
7、，-25.0625的数字输出为 FF6FH，-55的 数字输出为 FC90H。 表 2 DS18B20 温度数据表 - 4 - （3）DS18B20 温度传感器的存储器 DS18B20 温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失性的可电擦除的 EEPRAM,后者存放高 温度和低温度触发器 TH、TL 和结构寄存器。 （4）配置寄存器 该字节各位的意义如下： 表 3 配置寄存器结构 T M R 1 R 0 1 1 1 1 1 低五位一直都是 1 ，TM 是测试模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式。在 DS18B20 出厂 时该位被设置为 0，用户不要去改动
8、。R1 和 R0 用来设置分辨率，如下表所示：（DS18B20 出厂时被设置为 12 位） 分辨率设置表： 表 4 温度值分辨率设置表 R1 R0 分 辨 率 温度最大转换 时间 - 5 - 0 0 9 位 93.75ms 0 1 10位 187.5ms 1 0 11位 375ms 1 1 12位 750ms 3. 高速暂存存储器高速暂存存储器 高速暂存存储器由 9 个字节组成，其分配如表 5 所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字 节补码形式存放在高速暂存存储器的第 0 和第 1 个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位 在后，数据格式如表 1 所示。对应的
9、温度计算：当符号位 S=0 时，直接将二进制位转换为十进制；当 S=1 时，先将 补码变为原码，再计算十进制值。表 2 是对应的一部分温度值。第九个字节是冗余检验字节。 表 5 DS18B20 暂存寄存器分布 寄存器内容 字节地址 温度值低位 0 温度值高位 1 高温限值TH 2 低温限值 TL 3 配置寄存器 4 保留 5 保留 6 保留 7 CRC 检验 8 根据 DS18B20 的通讯协议，主机控制 DS18B20 完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位，复位成功后发送一条 ROM 指令，最后发送 RAM 指令，这样才能对 DS18B20 进行预定的
10、操作。 复位要求主 CPU 将数据线下拉 500 微秒，然后释放，DS18B20 收到信号后等待 1660 微秒左右，后发出 60240 微秒的存在低脉冲，主 CPU 收到此信号表示复位成功。 表 6 ROM 指令表 - 6 - 指 令 约定 代码 功 能 读 ROM 33H 读 DS1820ROM 中的编码（即 64 位地址） 符合 ROM 55H 发出此命令之后，接着发出 64 位 ROM 编码， 访问单总线上与该编码相对应的 DS1820 使之作 出响应，为下一步对该 DS1820 的读写作准备。 搜索 ROM 0F0H 用于确定挂接在同一总线上 DS1820 的个数 和识别 64 位
11、ROM 地址。为操作各器件作好准备。 跳过 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820 发温 度变换命令。适用于单片工作。 告 警 搜 索 命令 0ECH 执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子 才做出响应。 表 7 RAM 指令表 指 令 约定 代码 功 能 温度变换 44H 启动 DS1820 进行温度转换，转换时最长为 500ms（典型为 200ms）。结果存入内部 9 字节 RAM 中。 读暂存器 0BEH 内部 RAM 中 9 字节的内容 写暂存器 4EH 发出向内部 RAM 的 3、 4 字节写上、 下限温度 数据命令， 紧跟该命令之后，是传送两字节的数
12、据。 复 制 暂 存 器 48H 将RAM中第3、 4字节的内容复制到EEPROM 中。 重调 EEPROM 0B8H 将 EEPROM 中内容恢复到 RAM 中的第 3、4 字节。 - 7 - 读 供 电 方 式 0B4H 读 DS1820 的供电模式。 寄生供电时DS1820 发送“0”，外接电源供电 DS1820 发送“1”。 4 DS18B20 的使用方法的使用方法 由于 DS18B20 采用的是 1Wire 总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对 AT89S51 单片机 来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对 DS18
13、B20 芯 片的访问。 由于 DS18B20 是在一根 I/O 线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20 有严格的 通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所 有时序都是将主机作为主设备， 单总线器件作为从设备。 而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始， 如果要求单总线器件回送数据， 在进行写命令后， 主机需启动读时序完成数据接收。 数据和命令的传输都是低位在先。 DS18B20 的复位时序 DS18B20 的读时序 对于 DS18B20 的读时序分为读 0 时序和读 1 时序两个过程。 对于
14、 DS18B20 的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在 15 秒之内就得释放单总线，以让 DS18B20 把数据传 输到单总线上。DS18B20 在完成一个读时序过程，至少需要 60us 才能完成。 DS18B20 的写时序 - 8 - 对于 DS18B20 的写时序仍然分为写 0 时序和写 1 时序两个过程。 对于 DS18B20 写 0 时序和写 1 时序的要求不同，当要写 0 时序时，单总线要被拉低至少 60us，保证 DS18B20 能够在 15us 到 45us 之间能够正确地采样 IO 总线上的“0”电平，当要写 1 时序时，单总线被拉低之后，在 15us 之内 就得释放单总线。
15、5. DS18B20 工作原理工作原理 DS18B20 是直接数字式高精度温度传感器，其内部含有两个温度系数不同的温敏振荡器，其中低温度系数振荡 器相当于标尺， 高温度系数振荡器相当于测温元件， 通过不断比较两个温敏振荡器的振荡周期得到两个温敏振荡器在 测量温度下的振荡频率比值。 根据频率比值和温度的对应曲线得到相应的温度值。 这种方式避免了测温过程中的 A/D 转换，提高了温度测量的精度。 DS18B20 测温原理如图所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用来向计数器 1 提供固定频率 的脉冲信号。高温度系数晶振的振荡频率受温度影响较大，随温度的变化而明显改变，其产生的信号作为计
16、数器 2 的脉冲输入，用于控制闸门的关 闭时间。初态时，计数器 1 和温度寄存器被预置在与-55 相对应的一个基值 上。 计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数， 在计数器 2 控制的闸门时间到达之前， 如果计数器 1 的预 置值减到 0，则温度寄存器的值将作加 1 运算，与此同时，用于补偿和修正测温过程中非线性的斜率累加器将输出一 个与温度变化相对应的计数值， 作为计数器 1 的新预置值， 计数器 1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行 计数，如此循环，直到计数器 2 控制的闸门时间到达亦即计数到 0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中 的数值即为所测温度。在默认的配置中，DS18B20 的测温分辨率为 00625
