最新數(shù)字化溫度傳感器

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(gè)總線主節(jié)點(diǎn)、一個(gè)或多個(gè)從節(jié)點(diǎn)組成系統(tǒng)，通過一根信號線對從芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取。每一個(gè)符合one-wire協(xié)議的從芯片都有一個(gè)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(gè)從芯片的尋址依據(jù)這64位的不同來進(jìn)行。one-wire總線利用一根線實(shí)現(xiàn)雙向通信。因此其協(xié)議對時(shí)序的要求較嚴(yán)格，如應(yīng)答等時(shí)序都有明確的時(shí)間要求?；镜臅r(shí)序包括復(fù)位及應(yīng)答時(shí)序、寫一位時(shí)序、讀一位時(shí)序。在復(fù)位及應(yīng)答時(shí)序中，主器件發(fā)出復(fù)位信號后，要求

2、從器件在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)送回應(yīng)答信號；在位讀和位寫時(shí)序中，主器件要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)讀回或?qū)懗鰯?shù)據(jù)。 串行單總線原理與應(yīng)用串行單總線原理與應(yīng)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(shí)踐與思考實(shí)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(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。主機(jī)可以是微控制器，從機(jī)可以是單總線器件，它們之間的數(shù)據(jù)交換只通過一條信號線。當(dāng)只有一個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)可按單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作；當(dāng)有多個(gè)從設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)則按多節(jié)點(diǎn)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(shí)序單總線的時(shí)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(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制都由這根線完成。設(shè)備（主機(jī)或從機(jī)）通過一個(gè)漏極開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能夠釋放總線，而讓其他設(shè)備使用總線。單總線通常要求外接一個(gè)約為4.7k的上拉電阻，這樣，當(dāng)總線閑置時(shí)，其狀態(tài)為高電平。主機(jī)和從機(jī)之間的通信可通過3個(gè)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(jù)。由于它們是主從結(jié)構(gòu)，只有主機(jī)呼叫從機(jī)時(shí)，從機(jī)才能應(yīng)答，因此主機(jī)訪問one-wire器件都必須嚴(yán)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(yīng)主機(jī)（搜索rom命令、報(bào)警搜索命令除外）。單總線的時(shí)序單總線的時(shí)序 one-wire協(xié)議定義了復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫0、讀0和讀1時(shí)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(yīng)答脈沖外，其他均由主機(jī)發(fā)出同步信號，并且發(fā)送的所有命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前。 初始化時(shí)序初始化時(shí)序 讀、寫時(shí)序讀、寫時(shí)序初始化時(shí)序初始化時(shí)序初始化時(shí)序圖讀、寫時(shí)序讀、寫時(shí)序?qū)憰r(shí)序圖讀、寫時(shí)序讀、寫時(shí)序讀時(shí)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(nèi)一般都具有控制、收/發(fā)、存儲(chǔ)等電路。為了區(qū)分不同的

5、單總線器件，廠家生產(chǎn)單總線器件時(shí)都要刻錄一個(gè)64位的二進(jìn)制rom代碼，以標(biāo)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(zhuǎn)換器（如ds2450）、門標(biāo)、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(dǎo)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(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。現(xiàn)在，新一代的ds18b20體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。ds18b20測量溫度范圍為55+125。在10+85范圍

6、內(nèi)，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(nèi)部結(jié)構(gòu)ds18b20工作原理ds18b20的4個(gè)主要數(shù)據(jù)部件高速暫存存儲(chǔ)器指令表ds18b20的應(yīng)用電路ds18b20使用中注意事項(xiàng)ds18b20的主要特性的主要特性 （1）適應(yīng)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(jù)線供電。（2）獨(dú)特的單線接口方式，ds18b20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與ds18b20的雙向通信。（3）ds18b20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)ds18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)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(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。（5）測溫范圍55+125，在10+85時(shí)精度為0.5。（6）可編程的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫。（7）在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms時(shí)間內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。（8）測量結(jié)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(shí)可傳送crc校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。（9）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 ds18b20

8、的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(bào)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(shí)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(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計(jì)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(chǎn)生的信號作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)

9、數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。ds18b20測溫原理框圖ds18b20的的4個(gè)主要數(shù)據(jù)部件個(gè)主要數(shù)據(jù)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(shí)現(xiàn)一根總線上掛

10、接多個(gè)ds18b20的目的。64位光刻rom的排列是：開始8位（28h）是產(chǎn)品類型標(biāo)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(yàn)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(zhuǎn)化為例：用16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/lsb形式表達(dá)，其中s為符號位。ds18b20溫度值格式表如表所示。ds18b20的的4個(gè)主要數(shù)據(jù)部件個(gè)主要數(shù)據(jù)部件（3）ds18b20溫度傳感器的存儲(chǔ)器。ds18b20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存ram和一個(gè)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(jié)構(gòu)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(shè)置ds18b20在工作模式還是在測試模式。在ds18b20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)。r1和r0用來設(shè)置分辨率，如右表所示（ds18b20出廠時(shí)被設(shè)置為12位）。r1r0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/ms009位93.750110位187.51011位3751112位750溫度分辨率設(shè)置表高速暫存存儲(chǔ)器高速暫存存儲(chǔ)器 高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成，其分配如表所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第

12、0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后。對應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號位s=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)s=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再將數(shù)據(jù)部分轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制。第9個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。寄存器內(nèi)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(yàn)值8ds18b20暫存寄存器分布高速暫存存儲(chǔ)器高速暫存存儲(chǔ)器根據(jù)ds18b20的通信協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對ds18b20進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)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(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主cpu將數(shù)據(jù)線下拉500s，然后釋放，當(dāng)ds18b20收到信號后等待1660s左右，后發(fā)出60240s的應(yīng)答低脈沖，主cpu收到此信號表示復(fù)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(yīng)的 ds1820 ，使之做出響應(yīng)，為下一步對該 ds1820 的讀寫做準(zhǔn)備搜索 rom0f0h用于確定掛接在同一總線上 ds1820 的個(gè)數(shù)和識別 64 位 rom 地址。為操作各器件

14、做好準(zhǔn)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(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)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(dòng)ds18b20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換時(shí)最長為750ms（9位為93.75ms）。結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)ram中讀暫存器0beh讀內(nèi)部ram中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4eh發(fā)出向內(nèi)部ram的2、3、4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)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(jù)復(fù)制暫存器48h將ram中第2 、3字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到e2prom中重調(diào) e2pr

15、om0b8h將e2prom中內(nèi)容恢復(fù)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(shí)ds18b20發(fā)送“ 0 ”，外接電源供電 ds18b20發(fā)送“ 1 ”ds18b20的應(yīng)用電路的應(yīng)用電路 1ds18b20寄生電源供電方式電路圖寄生電源方式特點(diǎn)：（1）進(jìn)行遠(yuǎn)距離測溫時(shí)，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(shí)現(xiàn)測溫。（4）只適應(yīng)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(yīng)用電路的應(yīng)用電路2ds18b20寄生電源強(qiáng)上拉供電方式電路圖ds18b2

16、0寄生電源強(qiáng)上拉供電方式在強(qiáng)上拉供電方式下可以解決電流供應(yīng)不足的問題，因此也適合于多點(diǎn)測溫應(yīng)用，缺點(diǎn)就是要多占用一根i/o口線進(jìn)行強(qiáng)上拉切換。ds18b20的應(yīng)用電路的應(yīng)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(qiáng)，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)，如圖所示。外部供電方式的多點(diǎn)測溫電路圖ds18b20使用中注意事項(xiàng)使用中注意事項(xiàng) （1）較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于ds18b20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對ds18b20進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格地保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取

17、測溫結(jié)果。在使用pl/m、c等高級語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對ds18b20操作部分最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。（2）在ds18b20的有關(guān)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(rèn)為可以掛任意多個(gè)ds18b20，在實(shí)際應(yīng)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(jìn)行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)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(shè)計(jì)中，向ds18b20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待ds18b20的返回信號，一旦某個(gè)ds18b20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該ds18b20時(shí)，將沒有返回信號，程序進(jìn)入死循環(huán)。（5）測溫

18、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(diǎn)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(jù)，并舍去小數(shù)位，將整數(shù)部分轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)據(jù)存入內(nèi)存單元，并通過p1口驅(qū)動(dòng)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(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)read_18200： 讀ds18b20的程序，從ds18b20中讀出兩個(gè)字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)write_1820： 寫ds18b20的程序temper_cov：將從ds18b20中讀出的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換bin_bcd：將十六進(jìn)制的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成壓縮bcd碼delay：延時(shí)子程序get_temper：從ds18b20讀出溫度數(shù)據(jù)ds18b20的溫度采集程序的溫度采集程序（2）變量定義。temper_l：存放讀出溫度低位數(shù)據(jù)的符號地址temper_h：存放讀出溫度高位數(shù)據(jù)的符號地址temper_num：存放轉(zhuǎn)換后的溫度值的符號地址flag1：ds18b20的檢測標(biāo)志，若ds18b20存在，置位fl