DS18B20使用方法

1、數(shù)字化溫度傳感器數(shù)字化溫度傳感器DS18B20One-Wire總線（單總線）總線（單總線）One-Wire總線是DALLAS公司研制開發(fā)的一種協(xié)議。它由一個總線主節(jié)點、一個或多個從節(jié)點組成系統(tǒng)，通過一根信號線對從芯片進行數(shù)據的讀取。每一個符合One-Wire協(xié)議的從芯片都有一個唯一的地址，包括48位的序列號、8位的家族代碼和8位的CRC代碼。主芯片對各個從芯片的尋址依據這64位的不同來進行。One-Wire總線利用一根線實現(xiàn)雙向通信。因此其協(xié)議對時序的要求較嚴格，如應答等時序都有明確的時間要求?；镜臅r序包括復位及應答時序、寫一位時序、讀一位時序。在復位及應答時序中，主器件發(fā)出復位信號后，要求

2、從器件在規(guī)定的時間內送回應答信號；在位讀和位寫時序中，主器件要在規(guī)定的時間內讀回或寫出數(shù)據。 串行單總線原理與應用串行單總線原理與應用 串行單總線概述串行單總線概述 數(shù)字化溫度傳感器數(shù)字化溫度傳感器DS18B20 DS18B20的溫度采集程序的溫度采集程序 實踐與思考實踐與思考串行單總線概述串行單總線概述 單總線適用于單主機系統(tǒng)，能夠控制一個或多個從機設備。主機可以是微控制器，從機可以是單總線器件，它們之間的數(shù)據交換只通過一條信號線。當只有一個從機設備時，系統(tǒng)可按單節(jié)點系統(tǒng)操作；當有多個從設備時，系統(tǒng)則按多節(jié)點系統(tǒng)操作。 單總線的工作原理單總線的工作原理 單總線的時序單總線的時序 單總線器件單

3、總線器件 單總線的工作原理單總線的工作原理 單總線即只有一根數(shù)據線，系統(tǒng)中的數(shù)據交換、控制都由這根線完成。設備（主機或從機）通過一個漏極開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據線，以允許設備在不發(fā)送數(shù)據時能夠釋放總線，而讓其他設備使用總線。單總線通常要求外接一個約為4.7k的上拉電阻，這樣，當總線閑置時，其狀態(tài)為高電平。主機和從機之間的通信可通過3個步驟完成，分別為初始化One-Wire器件、識別One-Wire器件和交換數(shù)據。由于它們是主從結構，只有主機呼叫從機時，從機才能應答，因此主機訪問One-Wire器件都必須嚴格遵循單總線命令序列，即初始化、ROM命令、功能命令。如果出現(xiàn)序列混亂，One-Wire器

4、件將不響應主機（搜索ROM命令、報警搜索命令除外）。單總線的時序單總線的時序 One-Wire協(xié)議定義了復位脈沖、應答脈沖、寫0、讀0和讀1時序等幾種信號類型。所有的單總線命令序列（初始化，ROM命令，功能命令）都是由這些基本的信號類型組成的。在這些信號中，除了應答脈沖外，其他均由主機發(fā)出同步信號，并且發(fā)送的所有命令和數(shù)據都是字節(jié)的低位在前。 初始化時序初始化時序 讀、寫時序讀、寫時序初始化時序初始化時序初始化時序圖讀、寫時序讀、寫時序寫時序圖讀、寫時序讀、寫時序讀時序圖單總線器件單總線器件 通常把掛在單總線上的器件稱為單總線器件，單總線器件內一般都具有控制、收/發(fā)、存儲等電路。為了區(qū)分不同的

5、單總線器件，廠家生產單總線器件時都要刻錄一個64位的二進制ROM代碼，以標志其ID號。目前，單總線器件主要有數(shù)字溫度傳感器（如DS18B20）、A/D轉換器（如DS2450）、門標、身份識別器（如DS1990A）、單總線控制器（如DS1WM）等。數(shù)字化溫度傳感器數(shù)字化溫度傳感器DS18B20 美國DALLAS半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念?，F(xiàn)在，新一代的DS18B20體積更小、更經濟、更靈活。DS18B20測量溫度范圍為55+125。在10+85范圍

6、內，精度為0.5?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。DS18B20的主要特性DS18B20的外形和內部結構DS18B20工作原理DS18B20的4個主要數(shù)據部件高速暫存存儲器指令表DS18B20的應用電路DS18B20使用中注意事項DS18B20的主要特性的主要特性 （1）適應電壓范圍更寬，電壓范圍：35.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據線供電。（2）獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信。（3）DS18B20支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網多點測溫。（4）

7、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內。（5）測溫范圍55+125，在10+85時精度為0.5。（6）可編程的分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫。（7）在9位分辨率時最多在93.75ms內把溫度轉換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms時間內把溫度值轉換為數(shù)字，速度更快。（8）測量結果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。（9）負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20

8、的外形和內部結構的外形和內部結構 DS18B20內部結構主要由4部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的外形及管腳排列如圖所示。DS18B20外形及引腳排列圖DS18B20引腳定義如下：（1）DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端。（2）GND為電源地。（3）VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。DS18B20工作原理工作原理 DS18B20測溫原理框圖如圖所示：圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計

9、數(shù)器1和溫度寄存器被預置在55所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預置值。DS18B20測溫原理框圖DS18B20的的4個主要數(shù)據部件個主要數(shù)據部件 （1）光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看做是該DS18B20的地址序列碼，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛

10、接多個DS18B20的目的。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。（2）DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉化為例：用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達，其中S為符號位。DS18B20溫度值格式表如表所示。DS18B20的的4個主要數(shù)據部件個主要數(shù)據部件（3）DS18B20溫度傳感器的存儲器。DS18B20溫度傳感器的內部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2PROM，后者存放高溫度

11、和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結構寄存器。（4）配置寄存器。配置寄存器的格式如表所示。TMR1R011111低5位一直都是“1”，TM是測試模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設置分辨率，如右表所示（DS18B20出廠時被設置為12位）。R1R0分辨率溫度最大轉換時間/ms009位93.750110位187.51011位3751112位750溫度分辨率設置表高速暫存存儲器高速暫存存儲器 高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配如表所示。當溫度轉換命令發(fā)布后，經轉換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第

12、0和第1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據，讀取時低位在前，高位在后。對應的溫度計算：當符號位S=0時，直接將二進制位轉換為十進制；當S=1時，先將補碼變?yōu)樵a，再將數(shù)據部分轉換為十進制。第9個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。寄存器內容字節(jié)地址溫度值低位（LS Byte）0溫度值高位（MS Byte）1高溫限值（TH）2低溫限值（TL）3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC校驗值8DS18B20暫存寄存器分布高速暫存存儲器高速暫存存儲器根據DS18B20的通信協(xié)議，主機（單片機）控制DS18B20完成溫度轉換必須經過3個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位操作，復位成功后發(fā)送一條ROM指令

13、，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數(shù)據線下拉500s，然后釋放，當DS18B20收到信號后等待1660s左右，后發(fā)出60240s的應答低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。指令表指令表 指 令約定代碼功 能讀ROM33H讀DS1820溫度傳感器ROM中的編碼（即64位地址）符合 ROM55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問單總線上與該編碼相對應的 DS1820 ，使之做出響應，為下一步對該 DS1820 的讀寫做準備搜索 ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上 DS1820 的個數(shù)和識別 64 位 ROM 地址。為操作各器件

14、做好準備跳過 ROM0CCH忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820 發(fā)溫度變換命令。適用于單片工作告警搜索命令0ECH執(zhí)行后只有溫度超過設定值上限或下限的片子才做出響應ROM指令表指令表指令表RAM指令表指 令約定代碼功 能溫度變換44H啟動DS18B20進行溫度轉換，12位轉換時最長為750ms（9位為93.75ms）。結果存入內部9字節(jié)RAM中讀暫存器0BEH讀內部RAM中9字節(jié)的內容寫暫存器4EH發(fā)出向內部RAM的2、3、4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據和配置寄存器命令，緊跟該命令之后，是傳送三字節(jié)的數(shù)據復制暫存器48H將RAM中第2 、3字節(jié)的內容復制到E2PROM中重調 E2PR

15、OM0B8H將E2PROM中內容恢復到RAM中的第2 、3字節(jié)讀供電方式0B4H讀DS18B20的供電模式。寄生供電時DS18B20發(fā)送“ 0 ”，外接電源供電 DS18B20發(fā)送“ 1 ”DS18B20的應用電路的應用電路 1DS18B20寄生電源供電方式電路圖寄生電源方式特點：（1）進行遠距離測溫時，無須本地電源。（2）可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取ROM。（3）電路更加簡潔，僅用一根I/O口實現(xiàn)測溫。（4）只適應于單一溫度傳感器測溫情況下使用，不適于采用電池供電系統(tǒng)中。DS18B20寄生電源供電方式DS18B20的應用電路的應用電路2DS18B20寄生電源強上拉供電方式電路圖DS18B2

16、0寄生電源強上拉供電方式在強上拉供電方式下可以解決電流供應不足的問題，因此也適合于多點測溫應用，缺點就是要多占用一根I/O口線進行強上拉切換。DS18B20的應用電路的應用電路3DS18B20的外部電源供電方式外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)，如圖所示。外部供電方式的多點測溫電路圖DS18B20使用中注意事項使用中注意事項 （1）較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據傳送，因此，在對DS18B20進行讀寫編程時，必須嚴格地保證讀寫時序，否則將無法讀取

17、測溫結果。在使用PL/M、C等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時，對DS18B20操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。（2）在DS18B20的有關資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS18B20，在實際應用中并非如此。（3）連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。在采用DS18B20進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。（4）在DS18B20測溫程序設計中，向DS18B20發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，一旦某個DS18B20接觸不好或斷線，當程序讀該DS18B20時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。（5）測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一對線接VCC和地線，屏蔽層在源端單點接地。DS18B20的溫度采集程序的溫度采集程序 1采集程序功能采集程序功能從DS18B20中讀出溫度數(shù)據，并舍去小數(shù)位，將整數(shù)部分轉換成十進制數(shù)據存入內存單元，并通過P1口驅動8位LED顯示。2子程序入口地址與變量定義子程序入口地址與變量定義（1）子程序入口地址。INIT_1820：DS18B20初始化程序READ_1820： 讀DS18B20的程序，從DS18B20中讀出一個字節(jié)的數(shù)據READ_18200： 讀DS18B20的程序，從DS18B20中讀出兩個字節(jié)的溫度數(shù)據WRITE_1