DS18B20數(shù)字溫度傳感器應(yīng)用詳解

1、DS18B20數(shù)字溫度傳感器應(yīng)用詳 解在傳統(tǒng)的模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補(bǔ)償問(wèn)題、多點(diǎn)測(cè)量切換誤差問(wèn)題和 放大電路零點(diǎn)漂移誤差問(wèn)題等技術(shù)問(wèn)題，才能夠達(dá)到較高的測(cè)量精度。另外一般監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境都非 常惡劣，各種干擾信號(hào)較強(qiáng)，模擬溫度信號(hào)容易受到干擾而產(chǎn)生測(cè)量誤差，影響測(cè)量精度.因此，在溫度 測(cè)量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問(wèn)題的最有效方案，新型數(shù)字溫度傳感 器DS18B20具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得 了良好的測(cè)溫效果.新的“一線器件DS18B20體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。美國(guó)Da

2、llas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持“一線總線.接口的溫度傳感器, 在其內(nèi)部使用了在板(ON-BOARD)專利技術(shù)。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).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(cè)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。使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點(diǎn).目前DS18B20 批量采購(gòu)價(jià)格僅10元左右。DS18B20、DS1822 “一線總線”數(shù)字化溫度傳感器同DS1820一樣，DS18B20也支持一線總線接口，測(cè)量溫度范圍為-55 C+125。C,在-10+85 C范

3、 圍內(nèi)，精度為0.5 CDS1822的精度較差為2 C?，F(xiàn)場(chǎng)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.適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類消費(fèi) 電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V5. 5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且 新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。DS18B20. DS1822 的特性DS18B20可以程序設(shè)定912位的分辨率，精度為土0. 5 C.可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍. 分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中 最好的！性能價(jià)格比也非常出

4、色！ DS1822與DS18B20軟件兼容，是DS18B20的簡(jiǎn)化版本。省略了存儲(chǔ)用戶 定義報(bào)警溫度、分辨率參數(shù)的EEPROM,精度降低為2 C,適用于對(duì)性能要求不高，成本控制嚴(yán)格的應(yīng)用， 是經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品。繼“一線總線”的早期產(chǎn)品后，DS1820開辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念。DS18B20和DS1822 使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測(cè)溫系統(tǒng)。一、DS18B20的主要特性(1)適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3,05.5V,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)微處理與DS18B20的 雙向通訊(

5、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(cè)溫(4) DS18B20在使用中不需要任何外國(guó)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)溫范圍一55C+ 125C,在-10+85C時(shí)精度為0.5*C(6)可編程的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.59、0.25C、0.125C和0.0625C,可實(shí) 現(xiàn)高精度利溫(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內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快(8)測(cè)敢結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以一線總線”串行傳送給CPU,同時(shí)可傳送CRC校

6、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。二、DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、 配置寄存器。DS18B20的外形及管腳排列如下圖1:10 fl 1(BcrnoMvri-W)r i 1jTJITO %III(DSI8B20)H J J圖1： DS18B20外形及弓1腳排列困DS18B20引腳定義：非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、1(DDQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端;(2)GND為電源地：(S)VDD為外接供電電源輸入端(在寄生電源接線方式時(shí)接地).三、DS18B20工作原

7、理存儲(chǔ)器和控盤-電源檢測(cè) -溫度靈敏元件DS18B20的讀寫時(shí)序和測(cè)溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn) 換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2$減為750ms。DS18B20測(cè)溫原理如圖3所示.圖中低溫度系數(shù)晶振的振/頻率受溫 度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變, 所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入.計(jì)數(shù)甥1和溫度寄存相被預(yù)置在一55*C所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì) 數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)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)1肅新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶

8、振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)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。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(cè)溫度。 圖3中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值.,. |料率累加霜 麗3 二7比耳低溫度系故品卷&器t| rrn I LSD 也F |修色/消除巨)帕溫度與對(duì)高溫解物通卜一|計(jì)數(shù)加2|=0止DS18B20有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件：(1)光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻 ROM的排列是：開始8位(28H)是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位是 前面

9、56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC=X8+X5+X4+1) 光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這 樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。(2) DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀 數(shù)形式提供，以0,0625P/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位.表1: DS18B20溫度值格式表bit7bit 6bd 5biL4hilibit 2bit IbilOIf Byio2 a22212n2222TE 15bit 14bit Bbit 12bit 11bit 10bit 9bitsMS Ryless 1 ssS2,2這

10、是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位, 如果測(cè)得的溫度大于0,這5位為0,只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0, 這5位為1,測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0. 0625即可得到實(shí)際溫度。例如+125C的數(shù)字輸出為07D0H, +25. 0625C的數(shù)字輸出為0191H, -25. 0625C的數(shù)字輸出為FF6FH, -55C 的數(shù)字輸出為FC90H。1 EAIPERA 11 RI：IJ1G11 1. ()1 I Pl 1(Binary)DIGH Al.Ol I Pl 1 (Hex)4 1250000 01

11、11 1 101 0000071X)11+85Ca00(10 (HOI 0101 OOQOO55Oh-25.0625 0000 0001 1001 00(H01911141O.I25QC0000 0000 1010 GO 10()OA2h-0.5X0000 0000 0000 10000O0SI)00000 000(1 0000 0000000011-oscIlli ll!l 1111 1000FFF8h-I0J25X?Illi Illi 0101 I 1 10FF5Eh-250625 Cilll 1 110 01 1() 1 1 1 1FE6F11-5 5工1111 1100 1001 00

12、00FC9011（3）DS18B20溫度傳感器的存儲(chǔ)鐳DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速皆存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放 高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。（4）配置寄存器該字節(jié)各位的意義如下：表3二配置寄存器結(jié)構(gòu)THRIR011111低五位一直都是1, TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)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(lái)設(shè)置分辨率，如下表所示：（DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位）表4;溫度分辨率設(shè)置表K1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間00g位/93. TSibs011。位1ST

13、.5ms1011位375ms1112位T50ms四、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5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0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低 位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如表1所示。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)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，再計(jì)算十進(jìn)制值.表?2是對(duì)應(yīng)的一部分溫度值.第九個(gè)字節(jié)是冗余 檢驗(yàn)字節(jié)。表5： DS18B2。暫存寄存器分布寄存器內(nèi)容字節(jié)埴址溫度值偃位（LS Byte）0溫度值同位（MS Byte ）1高溫限值（DO2低溫限值（

14、TL）3配置寄存需4保留W5俁留8保留7CRC校尤值8根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫之 前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)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500微秒，然后釋放，當(dāng)DS18B20收到信號(hào)后等待1660 微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功.表6： ROM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6

15、4位ROM編嗎，訪問(wèn)單總線上與該編碼 相對(duì)應(yīng)的DS1820使之作出響應(yīng)為下一步對(duì)該DS182O的倭寫作準(zhǔn) 備。搜索ROMOFOH用于確定掛接在同一總線上DS1820的個(gè)數(shù)和識(shí)別64位ROM地址。 為操作各器件作好準(zhǔn)備。跳過(guò)ROMOCCH忽喈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OECH執(zhí)行后只有溫度超過(guò)設(shè)定值上限或下限的片子才儆出響應(yīng)。表6;RAN指令表指令約定代嗎功能溫度變換44H啟動(dòng)DS182Q進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換時(shí)最長(zhǎng)為75。睢C 9位為93.75ms） 結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中。讀暫存器OBEH談內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4EH發(fā)

16、出向內(nèi)部RAM的3、4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，案跟該命令之 后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。復(fù)制智存器48H將RAN中第3、4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到EEFROM中。重調(diào)EEPROH058H將EEPROM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第3、4字節(jié)。倭供電方式QE4H談DS1820的供電模式。寄生供電時(shí)DS1820發(fā)送“ 0 ”，外接電源供電DS1820發(fā)送 “ 1 ” .五、DS18B20的應(yīng)用電路DS18B20測(cè)溫系統(tǒng)具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn).下面就是DS18B20幾 個(gè)不同應(yīng)用方式下的測(cè)溫電路圖：1. DS18B20寄生電源供電方式電路圖如下面圖4所示，在寄生電源供電方式下，D

17、S18B20從單線信號(hào)線上汲取能量：在信號(hào)線DQ處于高電平期 間把能量?jī)?chǔ)存在內(nèi)部電容里，在信號(hào)線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來(lái)再給寄生 電源（電容）充電。獨(dú)特的寄生電源方式有三個(gè)好處：1）進(jìn)行遠(yuǎn)距離濾溫時(shí)，無(wú)需本地電源2）可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取ROM3）電路更加簡(jiǎn)潔，僅用一根I/O 口實(shí)現(xiàn)測(cè)溫 要想使DS18B20進(jìn)行精確的溫度轉(zhuǎn)換，I/O線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由于每個(gè)DS18B20 在溫度轉(zhuǎn)換期間工作電流達(dá)到1mA,當(dāng)幾個(gè)溫度傳感器掛在同一根I/O線上進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫時(shí)，只靠4.7K上 拉電阻就無(wú)法提供足夠的能量，會(huì)造成無(wú)法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差極大。因

18、此，圖4電路只適應(yīng)于單一溫度傳感相測(cè)溫情況下使用，不適宜采用電池供電系統(tǒng)中。并且工作電源VCC 必須保證在5V,當(dāng)電源電壓下降時(shí)，寄生電源能夠汲取的能量也降低，會(huì)使溫度誤差變大。注：站長(zhǎng)曾經(jīng)就此電路做過(guò)實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中，降低電源電壓VCC,當(dāng)?shù)陀?. 5V時(shí)，測(cè)出的溫度值比實(shí)際 的溫度高，誤差較大。當(dāng)電源電壓降為4V時(shí)，溫度誤差有3c之多，這就應(yīng)該是因?yàn)榧纳娫醇橙∧芰坎?夠造成的吧，因此，站長(zhǎng)建議大家在開發(fā)測(cè)溫系統(tǒng)時(shí)不要使用此電路DS18B20VCCOa QB|LlPI/ODS18B20寄生電源供電方式收2、DS18B20寄生電源強(qiáng)上拉供電方式電路圖改進(jìn)的寄生電源供電方式如下面圖5所示，為了使

19、DS18B20在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電流供應(yīng)，當(dāng)進(jìn) 行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到E2存儲(chǔ)器操作時(shí)，用MOSFET把I/O線直接拉到VCC就可提供足夠的電流，在發(fā)出任 何涉及到拷貝到E2存儲(chǔ)器或啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換的指令后，必須在最多10 PS內(nèi)把I/O線轉(zhuǎn)換到強(qiáng)上拉狀態(tài). 在強(qiáng)上拉方式下可以解決電流供應(yīng)不走的問(wèn)題，因此也適合于多點(diǎn)測(cè)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。vccvccDS18B20I/OpipI/OQQ aQGEN-DDS18B20溫度轉(zhuǎn)換期間的強(qiáng)上拉供電（寄生電源方而注意：在圖4和圖5寄生電源供電方式中，DS18B20的VDD引腳必須接地3s DS18B20的外部電源供電方

20、式 在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，此時(shí)I/O 線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問(wèn)題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)在總線上理論可以掛接任意多個(gè) DS18B20傳感器，組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空，否則 不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85t.DS18B20VCCgpI/ODS18B20外部電源供電方式VCCDS18B20DS18B20DS18B20 aNoI/ODS18B20多點(diǎn)測(cè)溫電路原理圖VCC - VCC - vcc圖7：外部供電方式的多點(diǎn)測(cè)溫電路圖 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(jiǎn)單，可 以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。站長(zhǎng)推薦大家在開發(fā)中使用外部電源供電方式，畢竟比寄生電源 方式只多接一根VCC引線。在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點(diǎn)，即使電源 電壓VCC降到3V時(shí)，依然能夠保證溫度量精度.六、DS1820使用中注意事項(xiàng)DS1820雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度