溫度傳感器DS18B20工作原理

1、溫度傳感器:DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO 92小體積封裝形式；溫度測量范圍為55C+ 125C，可編程為9位12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.0625 C,被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少,可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點使DS18B20非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng)。2 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由4部分組成:64位RO

2、M、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如圖2所示，DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端； GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端(在寄生電源接線方式時接地，見圖ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼,每個 DS18B20的64位序列號均不相同。64位ROM的排的循環(huán)冗余校驗碼(CRC=X8 + X5 + X4 + 1)。ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。創(chuàng)IIFthM Vi培I. IHl圖1 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)忖匚WillVi)n.Vl

3、.LASDSlHJtZO&UM帕M fO碼h*址叫MQI加 IJLEl和/ JttfZih N 程NCNCID圖2DS18B20的管腳排列DS18B20中的溫度傳感器完成對溫度的測量，用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以0.0625C/LSB形式表達，其中S為符號位。例如+ 125 C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。溫度值高字節(jié)高低溫報警觸發(fā)器 TH和TL、配置寄存器均由一個字節(jié)的 EEPROM組成,使用一個存儲器功能命令可對TH、TL或配置寄存器寫入。其中配

4、置寄存器的格式如下:R1、R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)：R1R0=“ 00” 9位精度，最大轉(zhuǎn)換時間為93.75ms； R1R0=“0T, 10 位精度，最大轉(zhuǎn)換時間為187.5ms； R1R0“10”，11位精度，最大轉(zhuǎn)換時間為375ms； R1R0=“11”，12 位精度，最大轉(zhuǎn)換時間為750ms；未編程時默認為12位精度。高速暫存器是一個9字節(jié)的存儲器。開始兩個字節(jié)包含被測溫度的數(shù)字量信息;第3、4、5字節(jié)分別是TH、TL、配置寄存器的臨時拷貝，每一次上電復位時被刷新；第6、7、8字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯 1;第9字節(jié)讀出的是前面所有8個字節(jié)的CRC碼，可用來保證通信正確。3 DS18B20

5、的工作時序DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化 T ROM操作指令宀存儲器操作指令 宀數(shù)據(jù)傳輸。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序，如圖3 ( a)( b)( c)所示。1，1廠址HrI-Fs -!'-吐頂Vfi f；'-J.lMKf fK氏IIi5«> 十-沖 1+I冉個R劃遢怦ImIK 工 VPrjisnyiv tiT4IN rvp(a)初始化時序1 (rl.i -11" IH nh葉-L 呼 D* P"Tl*-4+?(c)讀時序圖3DS18B20的工作時序圖4 DS18B20與單片機的典型接口設計圖4以MCS - 51系列單

6、片機為例，畫出了寄生電源方式，其 VDD和GND端均接地,DS18B20與微處理器的典型連接。圖4 ( a)中DS18B20采用圖4 ( b)中DS18B20采用外接電源方式，其 VDD端用3V5.5V電源供電。<iN3f V II <PHMP1血)a)寄生電源工作方式 (b)外接電源工作方式圖4DS18B20與微處理器的典型連接圖假設單片機系統(tǒng)所用的晶振頻率為12MHz，根據(jù)DS18B20的初始化時序、寫時序和讀時序，分別編寫了3個子程序：INIT為初始化子程序， WRITE為寫(命令或數(shù)據(jù))子程序，READ為讀數(shù)據(jù)子程序，所有的數(shù)據(jù)讀寫均由最低位開始。DATEQU P1.0IN

7、IT:CLREAINI10:SETBDATM0VR2, # 200INI11:CLRDATDJNZR2,INI11 ;主機發(fā)復位脈沖持續(xù) 3卩s X 200=600卩sSETBDAT ;主機釋放總線，口線改為輸入MOVR2, # 30IN12:DJNZR2,INI12 ; DS18B20 等待 2 卩 s X 30=60 卩 sCLRCORLC,DAT ; DS18B20數(shù)據(jù)線變低（存在脈沖）嗎?JCINI10 ; DS18B20未準備好，重新初始化MOVR6, # 80INI13:ORLC,DATJCINI14 ; DS18B20數(shù)據(jù)線變高，初始化成功DJNZR6,INI13 ;數(shù)據(jù)線低電平

8、可持續(xù) 3卩s X 80=240卩sSJMPINI10 ;初始化失敗，重來INI14:MOVR2, # 240IN15:DJNZR2,INI15 ; DS18B20 應答最少 2 卩 sX 240=480 卩 sRETWRITE:CLREAMOVR3, # 8;循環(huán)8次，寫一個字節(jié)WR11:SETBDATMOVR4, # 8RRCA ;寫入位從 A中移到CYCLRDATWR12:DJNZR4,WR12;等待16gsMOVDAT,C ;命令字按位依次送給 DS18B20MOVR4, # 20WR13:DJNZR4,WR13;保證寫過程持續(xù) 60 aSDJNZR3,WR11;未送完一個字節(jié)繼續(xù)SE

9、TBDATRETREAD:CLREAMOVR6, # 8;循環(huán)8次，讀一個字節(jié)RD11:CLRDATMOVR4, # 4NOP;低電平持續(xù)2卩sSETBDAT ; 口線設為輸入RD12:DJNZR4,RD12MOVC,DAT;主機按位依次讀入 DS18B20的數(shù)據(jù)RRCA ;讀取的數(shù)據(jù)移入AMOVR5, # 30RD13:DJNZR5,RD13;保證讀過程持續(xù)60 aSDJNZR6,RD11；讀完一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，存入A中SETBDATRET主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：初始化、ROM操作指令、存儲器操作指令。必須先12位轉(zhuǎn)換精度，外啟動DS18B20開始轉(zhuǎn)換，再讀出溫度轉(zhuǎn)

10、換值。假設一線僅掛接一個芯片，使用默認的接供電電源，可寫出完成一次轉(zhuǎn)換并讀取溫度值子程序GETWD。GETWD:LCALLINITMOVA, # 0CCHLCALLWRITE ;發(fā)跳過ROM命令MOVA, # 44HLCALLWRITE ;發(fā)啟動轉(zhuǎn)換命令LCALLINITMOVA, # 0CCH;發(fā)跳過ROM命令LCALLWRITEMOVA, # 0BEH ;發(fā)讀存儲器命令LCALLWRITELCALLREADMOVWDLSB,A;溫度值低位字節(jié)送 WDLSBLCALLREADMOVWDMSB,A;溫度值高位字節(jié)送 WDMSBRET子程序GETWD讀取的溫度值高位字節(jié)送 WDMSB單元，低位字節(jié)送 WDLSB單元，再按照溫度值字節(jié)的表示格式及其符號位，經(jīng)過簡單的變換即可得到實際溫度值。如果一線上掛接多個 DS18B20、采用