数字温度传感器DS18B20的原理与应用

项目十三 数字温度传感器DS18B20的应用n DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。1、 DS18B20的主要特点 采用独特的“一线制”通信方式，信号符合TTL电平逻辑; 温度测量范围为-55 oC 125 oC，以0.5 oC增减。 内部有温度上、下限报警设置。 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。 可编程的温度转换分辨率，可根据应用需要在9 Bit12 Bit之间选取； 在12 bit温度转换分辨率下，温度转换时间最大为750 ms; DS18B20采用节能设计，在等待状态下功耗近似为零。64位ROM；8字节的高速暂存RAM;温度传感器；非易失性温度报警触发器TH和TL。8位检验CRC48位序列号8位工厂代码(10H)MSBMSBMSBMSBMSBMSBLSBLSBLSBLSBLSBLSB 开始开始8 8位是产品类型的编号，接着是每个器件的位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共惟一的序号，共4848位，最后位，最后8 8位是前面位是前面5656位的位的CRCCRC检验码，这也是多个检验码，这也是多个DS18B20DS18B20可以采用一线进行可以采用一线进行通信的原因。非易失性温度报警触发器通信的原因。非易失性温度报警触发器THTH和和TLTL，可通过软件写入户报警上下限。可通过软件写入户报警上下限。温度LSB温度MSBTH用户字节1TH用户字节2配置寄存器保留保留保留CRC字节字节1 1字节字节2 2字节字节3 3字节字节4 4字节字节5 5字节字节6 6字节字节7 7字节字节8 8字节字节9 9 DS18B20的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除EEPROM。 高速暂存RAM的结构为字节的存储器，结构如右： 字节1、2:为温度信息； 字节3、4:是TH、TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新； 字节5:用于确定温度值的数字转换分辨率；字节的内容确定DS18B20工作时按此寄存器中的分辩率将温度转换为相应精度的数值。低位一直为，是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在出厂时该位被设置为，用户不要去改动，R1和R2决定温度转换的精度位数。TMR1R211111R1R2分辨率位温度最大转换时间ms00993.750110187.510113751112750 DS18B20温度转换的时间比较长，而且设定的分辨率越高，所需的温度转换时间就越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。 高速暂存RAM的第、字节保留未用，表现为全逻辑。第字节读出前面所有个字节的CRC码，用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。 当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存RAM中第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.06250C/LSB形式表示，温度值格式如下：232221202-12-22-32-4SSSSS262524LSBLSBMSBMSB当符号位当符号位S=0S=0时时，表示测得的温度值为正值，可直，表示测得的温度值为正值，可直接将其转换为十进制数。接将其转换为十进制数。当符号位当符号位S=1S=1时时，表示测得的温度值为负值，要先，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数。将补码变成原码，再计算十进制数。 DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容作比较。若值高于TH或低于TL，则将该器件的报警标志位置位，并对主机发出报警搜索命令作出响应。因此，可用于多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。温度/0C二进制表示十六进制表示+25.06250000 0001 1001 00010191H+10.1250000 0000 1010 001000A2H00000 0000 0000 00000000H-0.51111 1111 1111 1000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH 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DS18B20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。主机接收所需最短时间主机接收所需最短时间480us480us DS18B20DS18B20发出发出应答脉冲应答脉冲主机发出复位脉冲主机发出复位脉冲最小值：最小值：480us480us最大值：最大值：960us960us60 - 240us60 - 240usDS18B20DS18B20等待等待15 - 60us15 - 60usVDDVDDGNDGNDDS18B20DS18B20复位时序图复位时序图总线控制器低电平总线控制器低电平DS18B20DS18B20低电平低电平电阻上拉电阻上拉与与DS18B20DS18B20间的任何通讯都需要以初始化序列开间的任何通讯都需要以初始化序列开始，一个复位脉冲跟着一个存在脉冲表明始，一个复位脉冲跟着一个存在脉冲表明DS18B20DS18B20已已经准备好发送和接收数据。经准备好发送和接收数据。VccVccGndGnd15us15us15us15us30us30us主主CPUCPU读读0 0时隙时隙主主CPUCPU读读1 1时隙时隙主主cpucpu采样采样15us15us1us1us主主cpucpu采样采样 对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15us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。 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。 基于基于DS18B20的数字温度计硬件结构图，如上图所示。的数字温度计硬件结构图，如上图所示。DSl8B20采用外接电源方式，其采用外接电源方式，其VDD端用端用3V55 V电源电源供电。单片机直接驱动供电。单片机直接驱动LED，其中，其中P1口做段码驱动，口做段码驱动，P0口口做位码驱动。做位码驱动。 数字温度计的软件包括主程序、数字温度计的软件包括主程序、DSl8B20DSl8B20读写程序和显示程序。读写程序和显示程序。 程序见附录