数字温度传感器ds18b20的原理与应用

1引言ds18b20是dallas公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚to－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位a/d转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个ds18b20可以并联到3根或2根线上，cpu只需一根端口线就能与诸多ds18b20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使ds18b20非常适用于远距离多点温度检测系统。2ds18b20的内部结构ds18b20内部结构如图1所示，主要由4部分组成：64位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的管脚排列如图2所示，dq为数字信号输入／输出端；gnd为电源地；vdd为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地，见图4）。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，每个ds18b20的64位序列号均不相同。64位rom的排的循环冗余校验码（crc=x8＋x5＋x4＋1）。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。图1ds18b20的内部结构图2ds18b20的管脚排列（a）初始化时序（b）写时序（c）读时序图3ds18b20的工作时序图ds18b20中的温度传感器完成对温度的测量，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。例如＋125℃的数字输出为07d0h，＋25.0625℃的数字输出为0191h，－25.0625℃的数字输出为ff6fh，－55℃的数字输出为fc90h。

23	22	21	20	2－1	2－2	2－3	2－4
							温度值低字节msblsb s s s s s 22 25 24 温度值高字节高低温报警触发器th和tl、配置寄存器均由一个字节的eeprom组成，使用一个存储器功能命令可对th、tl或配置寄存器写入。其中配置寄存器的格式如下： 0 r1 r0 1 1 1 1 1 msblsbr1、r0决定温度转换的精度位数：r1r0=“00”，9位精度，最大转换时间为93.75ms；r1r0=“01”，10位精度，最大转换时间为187.5ms；r1r0=“10”，11位精度，最大转换时间为375ms；r1r0=“11”，12位精度，最大转换时间为750ms；未编程时默认为12位精度。高速暂存器是一个9字节的存储器。开始两个字节包含被测温度的数字量信息；第3、4、5字节分别是th、tl、配置寄存器的临时拷贝，每一次上电复位时被刷新；第6、7、8字节未用，表现为全逻辑1；第9字节读出的是前面所有8个字节的crc码，可用来保证通信正确。3ds18b20的工作时序ds18b20的一线工作协议流程是：初始化→rom操作指令→存储器操作指令→数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，如图3（a）（b）（c）所示。4ds18b20与单片机的典型接口设计图4以mcs－51系列单片机为例，画出了ds18b20与微处理器的典型连接。图4（a）中ds18b20采用寄生电源方式，其vdd和gnd端均接地，图4（b）中ds18b20采用外接电源方式，其vdd端用3v～5.5v电源供电。假设单片机系统所用的晶振频率为12mhz，根据ds18b20的初始化时序、写时序和读时序，分别编写了3个子程序：init为初始化子程序，write为写（命令或数据）子程序，read为读数据子程序，所有的数据读写均由最低位开始。datequp1.0……init:clreaini10:setbdatmovr2,＃200（a）寄生电源工作方式（b）外接电源工作方式图4ds18b20与微处理器的典型连接图ini11:clrdatdjnzr2,ini11；主机发复位脉冲持续3μs×200=600μssetbdat；主机释放总线，口线改为输入movr2,＃30in12:djnzr2,ini12；ds18b20等待2μs×30=60μsclrcorlc,dat；ds18b20数据线变低（存在脉冲）吗？jcini10；ds18b20未准备好，重新初始化movr6,＃80ini13:orlc,datjcini14；ds18b20数据线变高，初始化成功djnzr6,ini13；数据线低电平可持续3μs×80=240μssjmpini10；初始化失败，重来ini14:movr2,＃240in15:djnzr2,ini15；ds18b20应答最少2μs×240=480μsret；－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－write:clreamovr3,＃8；循环8次，写一个字节wr11:setbdatmovr4,＃8rrca；写入位从a中移到cyclrdatwr12:djnzr4,wr12；等待16μsmovdat,c；命令字按位依次送给ds18b20movr4,＃20wr13:djnzr4,wr13；保证写过程持续60μsdjnzr3,wr11；未送完一个字节继续setbdatret；－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－read:clreamovr6,＃8；循环8次，读一个字节rd11:clrdatmovr4,＃4nop；低电平持续2μssetbdat；口线设为输入rd12:djnzr4,rd12；等待8μsmovc,dat；主机按位依次读入ds18b20的数据rrca；读取的数据移入amovr5,＃30rd13:djnzr5,rd13；保证读过程持续60μsdjnzr6,rd11；读完一个字节的数据，存入a中setbdatret；－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－主机控制ds18b20完成温度转换必须经过三个步骤：初始化、rom操作指令、存储器操作指令。必须先启动ds18b20开始转换，再读出温度转换值。假设一线仅挂接一个芯片，使用默认的12位转换精度，外接供电电源，可写出完成一次转换并读取温度值子程序getwd。getwd:lcallinitmova,＃0cchlcallwrite；发跳过rom命令mova,＃44hlcallwrite；发启动转换命令lcallinitmova,＃0cch；发跳过rom命令lcallwritemova,＃0beh；发读存储器命令lcallwritelcallreadmovwdlsb,a；温度值低位字节送wdlsblcallreadmovwdmsb,a；温度值高位字节送wdmsbret……子程序getwd读取的温度值高位字节送wdmsb单元，低位字节送wdlsb单元，再按照温度值字节的表示格式及其符号位，经过简单的变换即可得到实际温度值。如果一线上挂接多个ds18b20、采用寄生电源连接方式、需要进行转换精度配置、高低限报警等，则子程序getwd的编写就要复杂一些，限于篇幅，这一部分不再详述，请参阅相关内容。我们已成功地将ds18b20应用于所开发的“家用采暖洗浴器”控制系统中，其转换速度快，转换精度高，与微处理器的接口简单，给硬件设计工作带来了极大的方便，能有效地降低成本，缩短开发周期。

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