測溫芯片DS18B20詳細解讀

1、測溫芯片DS18B20羊細解讀第一部分：DS18B20的封裝和管腳定義首先，我們來認識一下 DS18B20這款芯片的外觀和針腳定義，DS18B20芯片的常見封裝為TO-92，也就是普通直插三極管的樣子，當然也可以找到以SO (DS18B20Z )和uSOP (DS18B20U )形式封裝的產品，下面為DS18B20各種封裝的圖示及引腳圖。O NC匚NC匚心。匚DQ匚DQNC底部規(guī)角NCGNDT892封裝(DS18B20)8 7 6 5DALLAS12 3 4SQ封裝(DS18B20Z)NCNCNCGNDlo812007M6 NC3_1 NC45p=l NC聲OP封裝(DS18320U )* N

2、d置茫引腳1了解了這些該芯片的封裝形式，下面就要說到各個管腳的定義了，如下表即為該芯片的管腳定義：E引KDSQK封護TO-92封裝說明51GND接地42DQ數(shù)SE輸入/輸出引腳寄生電源槿藝時提供電潟33VDD電涯引腳,工作在奇生電漏模式時0殛妾地in m.廠mnt上面的表中提到了一個“奇怪”的詞一一“寄生電源”，那我有必要說明一下了，DS18B20芯片可以工作在“寄生電源模式”下，該模式允許DS18B20 工作在無外部電源狀態(tài)，當總線為高電平時，寄生電源由單總線通過 VDD引腳, 此時DS18B20可以從總線“竊取”能量，并將“偷來”的能量儲存到寄生電源 儲能電容(Cpp )中，當總線為低電平

3、時釋放能量供給器件工作使用。所以，當 DS18B20工作在寄生電源模式時，VDD引腳必須接地。第二部分：DS18B20的多種電路連接方式如下面的兩張圖片所示，分別為外部供電模式下單只和多只 DS18B20測溫系統(tǒng) 的典型電路連接圖。(1 )外部供電模式下的單只 DS18B20芯片的連接圖單片機VpvDS18B20(2)外部供電模式下的多只 DS18B20芯片的連接圖一個單線端口通訊，當全部器件經由一個三態(tài)端口或者漏極開路端口與總線連接 時，控制線需要連接一個弱上拉電阻。在多只DS18B20連接時，每個DS18B20 都擁有一個全球唯一的64位序列號，在這個總線系統(tǒng)中，微處理器依靠每個器 件獨有

4、的64位片序列號辨認總線上的器件和記錄總線上的器件地址，從而允許 多只DS18B20同時連接在一條單線總線上，因此，可以很輕松地利用一個微處理器去控制很多分布在不同區(qū)域的 DS18B20，這一特性在環(huán)境控制、探測建筑 物、儀器等溫度以及過程監(jiān)測和控制等方面都非常有用。對于DS18B20的電路連接，除了上面所說的傳統(tǒng)的外部電源供電時的電路連接圖，DS18B20也可以工作在“寄生電源模式”，而下圖則表示了 DS18B20 工作在“寄生電源模式”下的電路連接圖。沒錯，這樣就可以使 DS18B20工作 在寄生電源模式下了，不用額外的電源就可以實時采集到位于多個地點的溫度信息了VPD518B20Vpu1

5、23第三部分：DS18B20內部寄存器解析及工作原理介紹完DS18B20的封裝、針腳定義和連接方式后，我們有必要了解DS18B20芯片的各個控制器、存儲器的相關知識，如下圖所示，為DS18B20內部主要寄存器的結果框圖FF昭魁測$1結合圖中的內部寄存器框圖，我們先簡單說一下DS18B20芯片的主要寄存器工作流程，而在對DS18B20工作原理進行詳細說明前，有必要先上幾張相關圖片：(1)DS18B20內部寄存器結構圖丈高速暫存臥byte 0溫崩8搖低位LSB （ 50H byte 1byte 2byte 3byte 4byte 5byte 6byte 7byte 8溫度數(shù)據高位初陽（05H）TH

6、用戶字節(jié)1 （高溫觸發(fā)值）TL用戶字節(jié)2 （低溫觸發(fā)值）配置奇存器（設置溫度稿度）保留位（FFH ）保留位（OCH ）保留位（10H）CRC校驗位寄存器（2） DS18B20主要寄存器數(shù)據格式圖示什科TH奇存贛配鷲寄存番TH用戶字節(jié)（高溫獨發(fā)設定值配置寄存器（設置溫度精度）TL用戶字節(jié);?。ò哂|發(fā)設定值）加1 7bitstiitSbit 4bit 3bit 2billbito232?212212 J2-32abit 15bit 14bit 13bit 12bjtlJbit 10bit 9bitsSSSSs262524bit 7bit 6bitsbit 4bit 3bit 2bitlbitOs2

7、625242322212bit 7bitsbitsbit 4bn 3bit 2bitlbitO0R1RO111110電曲示澳卄崔后屯汰 涇雯為理寧C畫丄臚遊唸標講 臨示1Z55（3） DS18B20通訊指令圖指令類型指令詳細描述FOH搜索ROM指令當系焼初始化時，總銭控制購通過此插令參次補環(huán)搜嘉ROM端壬以淋Xs斤育從機器件33H讀取ROM指令蘭總疑上三亙一三仍1出20時才會運同此匡專允渾史査 控制器直菠讀取從機的序列碼指令匹駅ROM指令匹酹ROM管會恢總統(tǒng)刮器在塞為遜上淀位一貝軻建5SHDS18B20ICCH忽貂ROM指令忽骼ROM指令1ft；指令鬆審堆制器興必掘吳54垃ROM漏鴛就更用功直

8、獵令【ECU今學總線上存在滿足按警劄牛的從機時閡A機捋爾應此垢令44H溫度轉按指令止毘瑁令用菖控劇DS1802A啟動一歩逗度饕按生成的溟 度就據以2字節(jié)的形式存蠟在言進暫存器口寫曹存器指令此指令閆DSL8B20曲哲存器寫入瑟壽，開囪隹在暫存器4EH第2手節(jié)（州靑嚴請 ”収最任有效位亓詒佬功餾g令BEH讀暫存器旨冬此雀令用夭茸取DS18B20雪手器艾生 彥脫將從手巧0幵 姐.更囁g字韋（匚M咬蠢位）厲豈4SH拷貝令曲播令將1U TL*配置審存器脫時貝列EEPROM中B8H召回 EPROM 18宥TH TL 兒艮函童衽囲中吃城拭EEPROPjt貝到苜B4H讀電源模式揩令想竝制器在發(fā)出此褚令后啟動湊

9、時瞳若育註電源擾 式.DS1&B20捋拉氐簸若為護部電譚模式,則桁總戎 強罷r用以到If 0520船電頑運了解了這些內部結構和細節(jié)，下面說一下 DS18B20芯片的工作原理。IIDS18B20啟動后將進入低功耗等待狀態(tài)，當需要執(zhí)行溫度測量和AD轉I換時，總線控制器（多為單片機）發(fā)出44H指令完成溫度測量和AD轉換（其I他功能指令見上面的指令表），DS18B20將產生的溫度數(shù)據以兩個字節(jié)的形式存儲到高速暫存器的溫度寄存器中，然后，DS18B20繼續(xù)保持等待狀態(tài)。當DS18B20芯片由外部電源供電時，總線控制器在溫度轉換指令之后發(fā)起“讀時隙”（詳見本帖的“ DS18B20時隙圖”），從而讀出測量到

10、的溫度數(shù)據通過總線完成與單片機的數(shù)據通訊（DS18B20正在溫度轉換中由DQ引腳返回0，轉 換結束則返回1。如果DS18B20由寄生電源供電，除非在進入溫度轉換時總線-1被一個強上拉拉高，否則將不會有返回值）。另外， DS18B20在完成一次溫度I轉換后，會將溫度值與存儲在 TH （高溫觸發(fā)器）和TL （低溫觸發(fā)器）中各一_|個字節(jié)的用戶自定義的報警預置值進行比較，寄存器中的S標志位（詳見寄存器L格式圖示中的“TH和TL寄存器格式”圖示）指出溫度值的正負（S=0時為正，_|S=1時為負），如果測得的溫度高于 TH或者低于TL數(shù)值，報警條件成立，IDS18B20內部將對一個報警標識置位，此時，總

11、線控制器通過發(fā)出報警搜索命I令ECH檢測總線上所有的DS18B20報警標識，然后，對報警標識置位的_|DS18B20將響應這條搜索命令。III第四部分：針對DS18B20的單片機編程II針對DS18B20的編程，可以理解為總線控制器通過相關指令操作器件或者L器件中的相應寄存器，從而完成器件也總線控制器的數(shù)據通信， 所以要真正搞定_|DS18B20的通訊編程，還需要詳細的了解該芯片的各種寄存器結構、寄存器數(shù)I據格式和相關的指令系統(tǒng)，下面我們就結合上面圖示，說說DS18B20的內部存I儲器結構。DS18B20的每個暫存器都有8bit存儲空間，用來存儲相應數(shù)據，其中byteO和bytel分別為溫度數(shù)

12、據的低位和高位，用來儲存測量到的溫度值，且這兩個字節(jié)都是只讀的；byte2和byte3為TH、TL告警觸發(fā)值的拷貝，可以在從片內的電可擦可編程只讀存儲器 EEPROM中讀出，也可以通過總線控制器I發(fā)出的48H指令將暫存器中TH、TL的值寫入到EEPROM，掉電后EEPROMI 中的數(shù)據不會丟失；byte4的配置寄存器用來配置溫度轉換的精確度（最大為I 12位精度）；byte5、6、7為保留位，禁止寫入；byte8亦為只讀存儲器，用I 來存儲以上8字節(jié)的CRC校驗碼。II 參考上面的DS18B20通訊指令圖，即為DS18B20芯片中主要寄存器的I 數(shù)據格式和必要的個別標識位說明，只要做到對寄存器

13、數(shù)據精準的控制，就可以I 很容易的完成DS18B20的程序編寫，而對于總線控制器發(fā)出的控制指令， 我們 L 需要知道，DS18B20的指令包括ROM指令和功能指令，其中ROM指令用來I 進行ROM的操作，而功能指令則可以控制DS18B20完成溫度轉換，寄存器操I作等功能性工作。一旦總線控制器檢測到一個存在脈沖，它就會發(fā)出一條ROMI指令，如果總線上掛載多只DS18B20，這些指令將利用器件獨有的64位ROMI 片序列碼選出特定的要進行操作的器件， 同樣，這些指令也可以識別哪些器件符I 合報警條件等。在總線控制器發(fā)給要連接的 DS18B20 一條ROM指令后，就可I 以發(fā)送一條功能指令完成相關的

14、工作了，也就是說，總線控制器在發(fā)起一條IDS18B20功能指令前，需要首先發(fā)出一條 ROM指令。了解了這些功能指令的I 功能和用法，再對DS18B20編程就容易多了！ 第五部分：DS18B20芯片的兩點使用心得（1 ）對TH （高溫觸發(fā)寄存器）和TL （低溫觸發(fā)寄存器）的操作心得II 針對于DS18B20中TH （高溫觸發(fā)寄存器）和TL （低溫觸發(fā)寄存器），I 可以找到的代碼資料很少，而如果在某一測溫系統(tǒng)中需要用到 TH和TL寄存器 I 時，其實不必覺得無從下手，參見本帖中的“ DS18B20寄存器結構”，總線控I 制器的讀操作將從位0開始逐步向下讀取數(shù)據，直到讀完位 8，而且TH和TLI寄存

15、器的內部結構和數(shù)據格式和片內其他寄存器是相同的，當然，針對TH和I TL寄存器的讀寫和其他片內寄存器的讀寫也是相同的，所以在實際應用中，當IDS18B20初始化完成后，首先通過總線控制器發(fā)出的B8H指令將EEPROMI 中保存的數(shù)據召回到暫存器的 TH和TL中，然后通過總線控制器發(fā)出的“讀時I隙”對器件暫存器進行讀操作，只要將讀到的每 8bit數(shù)據及時獲取，就可以很I 容易地通過總線控制器讀出TH和TL寄存器數(shù)據；總線控制器對器件的寫操作I原理亦然，換句話說，只要掌握了其他寄存器的操作編程，就完全可以很容易地I 對TH和TL這兩個報警值寄存器進行讀寫操作。同時，可以通過 48H指令將 I TH

16、和TL寄存器數(shù)據拷貝到EEPROM中進行保存。II（2）對DS18B20通訊時隙的掌握心得II在由DS18B20芯片構建的溫度檢測系統(tǒng)中，采用達拉斯公司獨特的單總線數(shù)據通訊方式，允許在一條總線上掛載多個 DS18B20，那么，在對DS18B20的操作和控制中，由總線控制器發(fā)出的時隙信號就顯得尤為重要。如下圖所示，分別為DS18B20芯片的上電初始化時隙、總線控制器從DS18B20讀取數(shù)據時 隙、總線控制器向DS18B20寫入數(shù)據時隙的示意圖，在系統(tǒng)編程時，一定要嚴 格參照時隙圖中的時間數(shù)據，做到精確的把握總線電平隨時間（微秒級）的變化,才能夠順利地控制和操作 DS18B20。另外，需要注意到不同單片機的機器周期 是不盡相同的，所以，程序中的延時函數(shù)并不是完全一樣，