DS18B20說明書

1、附錄 1:DS18B2M 單線智能溫度傳感器簡介由美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 DS18B20 型單線智能溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器， 可廣泛用于工業(yè)、 民用、 軍事等領(lǐng)域的溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)和大型設(shè)備中，例如多路溫度測控儀、中央空調(diào)、大型冷庫、恒溫裝置等。此外巧妙利用 DS18B20 內(nèi)部 64 位激光 ROM 中具有惟一性的 48 位產(chǎn)品序號，還可設(shè)計成專供大型賓館客房或軍事倉庫使用的保密性極佳的電子密碼鎖。DS18B20 的電源電壓范圍均擴展到+3+5.5V,DS18B20 還能對溫度分辨力進行編程，選擇 9 位12 位模式下工作，在 12 位模

2、式下的最高分辨力可達 0.0625o下面介紹 DSl8B20 的性能特點和工作原理。1.1DS18B20 的性能特點（1）DSl8B20 采用 DALLAS 公司獨特的“單線（1-Wire）總線”專有技術(shù)，通過串行通信接口（I/O）直接輸出被測溫度值（9 位二進制數(shù)據(jù)，含符號位）。（2）在測溫范圍是-55+125C 時，測量誤差不超過蟲 C,在-10+85C 范圍內(nèi)，可確保測量誤差不超過 10.5Co 溫度/數(shù)字量轉(zhuǎn)換時間的典型值僅需93.75ms,比 DS1820 有很大的提高.（3）內(nèi)含 64 位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器 ROM,扣除 8 位產(chǎn)品系列號和8 位循環(huán)冗余校驗碼 CRC 之后，

3、產(chǎn)品序號占 48 位。出廠前就作為 DSl8B20 惟一的產(chǎn)品序號，存入其 ROM 中。在構(gòu)成大型溫控系統(tǒng)時，允許在單線總線上掛接多片 DSl8B20。（4）適配各種單片機或系統(tǒng)機。（5）用戶可分別設(shè)定各路溫度的上、下限并寫入隨機存儲器 RAM 中。利用報警搜索命令和尋址功能，可迅速識別出發(fā)生了溫度越限報警的器件。（6）內(nèi)含寄生電源。該器件既可由單線總線供電，亦可選用外部+5V 電源（允許電壓范圍是 3.05.5V）,進行溫度/數(shù)字轉(zhuǎn)換時的工作電流約為 1.5mA,待機電流僅 25uA,典型功耗為 5mW。1.2DS18B20 的工作原理DSl8B20 的原理與 DS1820 的原理是一樣的。

4、DS18B20 繼承了 DS1820 的所有優(yōu)點。DS18B20 采用 3 腳 PR35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝，引腳排列如圖 11 所示。I/O 為數(shù)據(jù)輸入/輸出端（即單線總線），它屬于漏極開路輸出，外接上拉電阻后，常態(tài)下呈高電平。UDD是可供選用的外部+5V 電源端，不用時需接地。GND 為地，NC 為空腳。其內(nèi)部框圖如圖 12 所示。主要包括 7 部分：寄生電源；溫度傳感器；64 位激光（laser）ROM 與單線接口；高速暫存器,即便箋式 RAM,用于存放中間數(shù)據(jù)；TH觸發(fā)寄存器和TL觸發(fā)寄存器，分別用來存儲用戶設(shè)定的溫度上、下限 tH、tL值；存儲與控制邏輯；8 位循環(huán)冗余校

5、驗碼（CRC）發(fā)生器。下面分別介紹各部分的工作原理。圖 1-1DS1820/DS18B20 的引腳排列(a)PR35 封裝(b)SOIC 封裝 存儲器與控制邏輯存儲器與控制邏輯圖 12DS18B20 的內(nèi)部框圖（1）寄生電源寄生電源由二極管 VD1、VD2和寄生電容 C 所組成。電源檢測電路用于判定供電方式并輸出相應(yīng)的邏輯電平（“0”表示用寄生電源供電，“1”表示由外部電源供電），以便高速暫存器能夠讀出數(shù)據(jù)和命令。采用寄生電源供電時UDD端需接地，DS18B20 就從單線總線上獲取電源。當 I/O 線為高電平時 VD1導(dǎo)通，VD2截止，除向 DSl8B20 供電外，還把部分電儲存在 C 中。當

6、 I/O 線呈低電(b)I/OVO1內(nèi)內(nèi)濡濡UDDM 位位 ROM與單與單線接口線接口EVD2(a)C溫度傳感器溫度傳感器高溫觸發(fā)器高溫觸發(fā)器低潟觸發(fā)器低潟觸發(fā)器平時，VDI截止，改由 C 上的電壓 Uc 繼續(xù)向 DSl8B20 供電，該寄生電源有兩個顯著優(yōu)點：第一，檢測遠程溫度時無須本地電源；第二，在缺少正常電源時也能讀 ROMo使用寄生電源時應(yīng)注意，在溫度轉(zhuǎn)換期間 uP,應(yīng)使 I/O 線保持高電平。若使用外部電源UDD,就通過 VD2 向器件供電，此時 VDi 截止。圖 13 示出 N 片DS18B20 與 80C31 單片機的接線， R 為上拉電阻， 典型值可取 5.1k或 4.7kQo

7、80C31 （主CPU）和 DS18B20 所用的電源電壓，分另用 Ucc、UDD表示，下同?，F(xiàn)將 8031 單片機 P1口中的 P1.0端接單線總線，加總線驅(qū)動電源后，理論上總線最多可掛接 248片 DSl8B20。80C31 依次發(fā)出操作指令，各片 DSl8B20 即可在 200500ms 之內(nèi)完成溫度轉(zhuǎn)換。+5V圖 13 多片 DS1820(DS18B20)與 80C31 的接線（2）測溫電路原理DSl8B20內(nèi)部測溫電路框圖如圖 14所示。 低溫度系數(shù)振蕩器用于產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率？0,高溫度系數(shù)振蕩器則相當于 T/?轉(zhuǎn)換器，能將被測溫度 t 轉(zhuǎn)換成頻率信號？0圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打

8、開時，DSl8B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖?0進行計數(shù)，進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定。每次測量前，首先將-55C 所對應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器、溫度寄存器中。在計數(shù)門關(guān)閉之前若計數(shù)器已減至零，溫度寄存器中的數(shù)值就增加0.5C。然后，計數(shù)器依斜率累加器的狀態(tài)置入新的數(shù)值，再對時鐘計數(shù)，然后減至零，溫度寄存器值又增加 0.5C。只要計數(shù)門仍未關(guān)閉，就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存值達到被測溫度值。這就是 DSl8B20 的測溫原理。斜率累加器能對振蕩器的非線性予以補償，提高測量準確度。需要指出，溫度值本應(yīng)為 9 位（其中，符號占一位），但因符號位又被擴展成

9、高 8 位，故實際以 16 位補碼的形式讀出。其中，高 8 位代表符號，“0”表示 t0C,T 表示 ttH 或 ttH）,或者低于下限（ttL）O上電時，IJSl820 預(yù)置報警條件為設(shè)置狀態(tài)，直到首次溫度測量結(jié)果既不超過 tH,也不低于 tL時，報警信號才被解除。此次設(shè)計只需用到 CCH 命令。如下圖 4-2 所示。主CPU發(fā)送復(fù)位脈沖圖 18 跳過 ROM 的操作流程圖4、DS1820 的通信協(xié)議DSl820 有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。通信協(xié)議規(guī)定了復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫 0、寫 1、讀 0 和讀 1 等幾種信號的時序。除了應(yīng)答脈沖，其余信號均由主 CPU 控制

10、。在DSl820 進彳 TROM 及 RAM 操作之前，主 CPU 首先發(fā)出一個復(fù)位脈沖（最小脈沖寬度為 480 肉的低電平信號）；然后主 CPU 便釋放單線總線（I/O 線），使之處于接收狀態(tài)。單線總線經(jīng)過上拉電阻被拉至高電平。當 DSl820 檢測到 I/O端的上升沿后，就等待 1560g 再向主 CPU 發(fā)出應(yīng)答脈沖（60240 肉的低電平信號）。在初始化過程中，復(fù)位脈沖與應(yīng)答脈沖的波形參見圖 4-1。5、存儲器操作命令存儲器操作命令共 6 條，具體如下：(1)溫度轉(zhuǎn)換命令(CONVERTT)44H。令 DS1820 進行溫度轉(zhuǎn)換。如果主 CPU 在該命令之后為讀時序，那么只要 DSl8

11、20 正忙于進行溫度轉(zhuǎn)換，即讀得“0”；當溫度轉(zhuǎn)換完成時，DSl820 則返回“1。假如由寄生電源給 DSl820 供電，主 CPU 在發(fā)出該命令后立即將單線總線拉成高電平，并且保持 500ms 時間，以便在溫度轉(zhuǎn)換期間給 DSl820 提供所需要的電源。(2)讀暫存存儲器(READSCRATCHPAD)BEH。該命令為讀暫存存儲器 9個字節(jié)的內(nèi)容。從字節(jié) 0 開始讀，直至讀到字節(jié) 8。主 CPU 可以在讀暫存存儲器期間發(fā)出一個復(fù)位脈沖來終止讀操作。(3)寫暫存存儲器(WRITESCRATCHPAD)4EH。 該命令發(fā)出后， 主CPU送給DSl820的兩個字節(jié)數(shù)據(jù)就分別寫入丁 H 觸發(fā)寄存器和

12、 Tl 觸發(fā)寄存器中，順序是先寫 TH,后寫 TL。主 CPU 也可以在寫暫存存儲器期間發(fā)出一個復(fù)位脈沖來終止寫操作。(4)復(fù)制暫存存儲器(COPYSCRATCHPAD)48H。該命令把觸發(fā)寄存器中的 TH、TL字節(jié)分別復(fù)制到 E2RAM 的 TH、TL 字節(jié)上。若主 CPU 發(fā)出該命令后又進行讀操作，只要DSl820 正忙于復(fù)制，主 CPU 就讀彳導(dǎo)00”；當復(fù)制工作完成后，DSl820 又返回“1”。如果由寄生電源供電，主 CPU 在發(fā)出該命令后就把單線總線拉到高電平，并保持 10ms。(5)重新調(diào)出 E22RAM(RECALLE2RAM)B8H。該命令是把存儲在 E2RAM 溫度觸發(fā)器

13、TH、TL 內(nèi)的數(shù)據(jù)重新調(diào)入暫存存儲器的 TH、TL 字節(jié)。每次 DSl820上電時也自動進行這種操作。因此，只要器件接通電源，暫存存儲器的 TH 和TL 中已經(jīng)有有效的數(shù)據(jù)供使用。若主 CPU 在發(fā)出該命令之后又進行讀操作，只要 DSl820 正忙于進行調(diào)出，主 CPU 就讀得“0”(表示“忙碌”)；完成調(diào)出操作后DSl820 即返回“1”(表示“操作完畢”)。(6)讀電源(READPOWERSUPPLY)B4H。 此項命令發(fā)送給 DSl820 之后， 對主 CPU發(fā)出的每一條讀命令， DSl820 都向主 CPU 提供電源方式信號“0”(表示由寄生電源供電)或者“1”(表示由外部電源供電)

14、。6、讀/寫時序主 CPU 通過時序(亦稱作“時間片”)來寫入或讀出 DSl820 中的數(shù)據(jù)。時序用于傳輸數(shù)據(jù)位和指定進行何種操作的命令字。(1)寫時序。主 CPU 把 I/O 線(即單線總線，亦稱數(shù)據(jù)線)從高電平拉至低電平時，作為一個寫周期的開始。寫時序包括兩種類型：寫 1 時序，寫 0 時序。寫 1 或?qū)?0 時序時必須保持至少 60 因，在兩個寫周期之間至少要有 1 肉的恢復(fù)期。DSl820 在 I/O 線變?yōu)榈碗娖胶蟮?1560s 的時間內(nèi)進行采樣。若 I/O 線為高電平，即認為寫入了一位 1;若 I/O 線為低電平，即認為寫入了一位 0。寫時序的波形如圖 4-3a 所示。主 CPU

15、在開始寫 1 周期時，必須將 I/O 線拉至低電平，然后再釋放，15 肉內(nèi)將 I/O 線拉成高電平。主 CPU 在開始寫 0 周期時，也應(yīng)將I/O 線拉至低電平，并保持 60 的的時間。(a)寫時序(b)讀時序(2)讀時序。當主 CPU 將 I/O 線從高電平拉成低電平時，就作為一個讀周期的開始，并且 I/O 線保持低電平的時間至少為 1 的。DS1820 的輸出數(shù)據(jù)在讀時序下降沿過后的 15 的內(nèi)有效。在此期間，主 CPU 應(yīng)釋放 I/O 線，使之處于輸入狀態(tài)以便讀取數(shù)據(jù)。經(jīng)過 15 肉后讀時序結(jié)束，I/O 線經(jīng)外部上拉電阻又變成高電平。讀取一位數(shù)據(jù)至少需要 60 的時間，并且在兩位數(shù)據(jù)之間

16、至少要有 1 步的恢復(fù)期。讀時序的波形如圖 4-3b 所示。令初始化時間為TINIT,電路的時間常數(shù)為TRC。主 CPU 的采樣時間為TSAMPLE,高電平的閩值電壓為UIH。 在如圖 4-4 所示主 CPU 讀一位數(shù)據(jù)的波形中， 要求TINIT+TRC+TSAMPLE15因。經(jīng)過改進后，主 CPU 讀一位數(shù)據(jù)的波形如圖 4-5 所示，采用盡量縮短TINIT、TRC的周期并把主 CPU 采樣期安排到末尾的方法，可以使總線有更充裕的穩(wěn)定時間。7、讀/寫時間片DS1820 的讀/寫時間片如圖 19 所示。這里講的“時間片”(timeslot)亦稱時間間隙，簡稱時隙。該圖對其他類型的單線智能溫度傳感

17、器也適用。圖中，tsLOT代表時間片，TREC為恢復(fù)時間。TLOW0tLOWl分別表不在寫 0、寫 1 時單線總線保持低電平的時間。tRDV為讀數(shù)據(jù)有效時間。tRSTL為復(fù)位信號的低電平時間。tPDH1GH、tPDLOW分別表示應(yīng)答信號的高、低電平時間。圖 111 改進后一位數(shù)據(jù)的波形圖15Us圖 110 讀一位數(shù)據(jù)的波形圖8、復(fù)位子程序的編寫復(fù)位于程序入口復(fù)位于程序入口P3.3-0圖 112 復(fù)位子程序復(fù)位子程序的編寫：CLRP3.3LCALLYS600 因SETBP3.3LCALLYS20 肉 RET9、寫一字節(jié)子程序?qū)懸蛔止?jié)就是要對 DS1820 連續(xù)寫入 8 位數(shù)據(jù)， 寫 1 位數(shù)據(jù)已經(jīng)在前節(jié)中作了詳細的介紹，這里不再論述。圖 113 為寫字節(jié)的流程圖。在編寫程序時，首先把要寫入的字節(jié)送入 A 中，然后執(zhí)行以下程序：YS10usP3.3v0A右移1位YS6911sWRZC:MOVR0,#08HWR0:SETBP3.3NOPCLRP3.3RRCAJNCWR1SETBP3.3WR1:MO