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DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同,只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同,且溫度轉換時的延時時間由2s減為750ms。 DS18B20測溫原理如圖3所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小,用于產生固定頻率的脈沖信號發(fā)送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變,所產生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在-55℃所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖信號進行減法計數(shù),當計數(shù)器1的預置值減到0時,溫度寄存器的值將加1,計數(shù)器1的預置將重新被裝入,計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖信號進行計數(shù),如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時,停止溫度寄存器值的累加,此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性,其輸出用于修正計數(shù)器1的預置值。

1、技術性能描述:

①、 獨特的單線接口方式,DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。

②、測溫范圍 -55℃~+125℃,固有測溫誤差(注意,不是分辨率,這里之前是錯誤的)1℃。

③、支持多點組網功能,多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上,最多只能并聯(lián)8個,實現(xiàn)多點測溫,如果數(shù)量過多,會使供電電源電壓過低,從而造成信號傳輸?shù)牟环�(wěn)定。

④、工作電源: 3.0~5.5V/DC (可以數(shù)據(jù)線寄生電源)

⑤、在使用中不需要任何外圍元件

⑥、 測量結果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送

⑦、不銹鋼保護管直徑Φ6

⑧、適用于DN15~25, DN40~DN250各種介質工業(yè)管道和狹小空間設備測溫

⑨、標準安裝螺紋 M10X1, M12X1.5, G1/2"任選

⑩、PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設備連接。

DS18B20+ 和 Maxim Integrated 信息

Manufactured by Maxim Integrated, DS18B20+ is a 溫度傳感器.

該產品適用于冷凍庫,糧倉,儲罐,電訊機房,電力機房,電纜線槽等測溫和控制領域。

軸瓦,缸體,紡機,空調,等狹小空間工業(yè)設備測溫和控制。

汽車空調、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。

供熱/制冷管道熱量計量,中央空調分戶熱能計量和工業(yè)領域測溫和控制。

型 號 測溫范圍 安裝螺紋 電纜長度 適用管道

TS-18B20 -55~125 無 1.5 m

TS-18B20A -55~125 M10X1 1.5m DN15~25

TS-18B20B -55~125 1/2"G 接線盒 DN40~ 60

接線方法

面對著平的那一面,左負右正,一旦接反就會立刻發(fā)熱,有可能燒毀!同時,接反也是導致該傳感器總是顯示85℃的原因。實際操作中將正負反接,傳感器立即發(fā)熱,液晶屏不能顯示讀數(shù),正負接好后顯示85℃。另外,如果使用51單片機的話,那么中間那個引腳必須接上4.7K-10K的上拉電阻,否則,由于高電平不能正常輸入/輸出,要么通電后立即顯示85℃,要么用幾個月后溫度在85℃與正常值上亂跳。

特點

獨特的一線接口,只需要一條口線通信 多點能力,簡化了分布式溫度傳感應用 無需外部元件 可用數(shù)據(jù)總線供電,電壓范圍為3.0 V至5.5 V 無需備用電源 測量溫度范圍為-55 ° C至+125 ℃ 。華氏相當于是-67 ° F到257° F。在攝氏度-10 ° C至+85 ° C范圍內精度為±0.5 ° C

溫度傳感器可編程的分辨率為9~12位,溫度轉換為12位數(shù)字格式最大值為750毫秒,用戶可定義的非易失性溫度報警設置,應用范圍包括恒溫控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費電子產品溫度計、或任何熱敏感系統(tǒng)

描述該DS18B20的數(shù)字溫度計提供9至12位(可編程設備溫度讀數(shù))。由于DS18B20是一條口線通信,所以中央微處理器與DS18B20只有一個一條口線連接。為讀寫以及溫度轉換可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量,不需要外接電源。 因為每一個DS18B20的包含一個獨特的序號,多個ds18b20s可以同時存在于一條總線。這使得溫度傳感器放置在許多不同的地方。它的用途很多,包括空調環(huán)境控制,感測建筑物內溫設備或機器,并進行過程監(jiān)測和控制。

DS18B20采用一線通信接口。因為一線通信接口,必須在先完成ROM設定,否則記憶和控制功能將無法使用。主要首先提供以下功能命令之一:

1、讀ROM,
2、ROM匹配,
3、搜索ROM,
4、跳過ROM,
5、報警檢查。

這些指令操作作用在沒有一個器件的64位光刻ROM序列號,可以在掛在一線上多個器件選定某一個器件,同時,總線也可以知道總線上掛有有多少,什么樣的設備。

若指令成功地使DS18B20完成溫度測量,數(shù)據(jù)存儲在DS18B20的存儲器。一個控制功能指揮指示DS18B20的演出測溫。測量結果將被放置在DS18B20內存中,并可以讓閱讀發(fā)出記憶功能的指揮,閱讀內容的片上存儲器。溫度報警觸發(fā)器TH和TL都有一字節(jié)EEPROM 的數(shù)據(jù)。如果DS18B20不使用報警檢查指令,這些寄存器可作為一般的用戶記憶用途。在片上還載有配置字節(jié)以理想的解決溫度數(shù)字轉換。寫TH,TL指令以及配置字節(jié)利用一個記憶功能的指令完成。通過緩存器讀寄存器。所有數(shù)據(jù)的讀,寫都是從最低位開始。

存儲器

DS18B20的存儲器包括高速暫存器RAM和可電擦除RAM,可電擦除RAM又包括溫度觸發(fā)器TH和TL,以及一個配置寄存器。存儲器能完整的確定一線端口的通訊,數(shù)字開始用寫寄存器的命令寫進寄存器,接著也可以用讀寄存器的命令來確認這些數(shù)字。當確認以后就可以用復制寄存器的命令來將這些數(shù)字轉移到可電擦除RAM中。當修改過寄存器中的數(shù)時,這個過程能確保數(shù)字的完整性。

高速暫存器RAM是由8個字節(jié)的存儲器組成;。用讀寄存器的命令能讀出第九個字節(jié),這個字節(jié)是對前面的八個字節(jié)進行校驗。。

64-位光刻ROM

64位光刻ROM的前8位是DS18B20的自身代碼,接下來的48位為連續(xù)的數(shù)字代碼,最后的8位是對前56位的CRC校驗。64-位的光刻ROM又包括5個ROM的功能命令:讀ROM,匹配ROM,跳躍ROM,查找ROM和報警查找。

外部電源的連接

DS18B20可以使用外部電源VDD,也可以使用內部的寄生電源。當VDD端口接3.0V-5.5V的電壓時是使用外部電源;當VDD端口接地時使用了內部的寄生電源。無論是內部寄生電源還是外部供電,I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻。

配置寄存器

配置寄存器是配置不同的位數(shù)來確定溫度和數(shù)字的轉化。

可以知道R1,R0是溫度的決定位,由R1,R0的不同組合可以配置為9位,10位,11位,12位的溫度顯示。這樣就可以知道不同的溫度轉化位所對應的轉化時間,四種配置的分辨率分別為0.5℃,0.25℃,0.125℃和0.0625℃,出廠時以配置為12位。

溫度的讀取

DS18B20在出廠時以配置為12位,讀取溫度時共讀取16位,前5個位為符號位,當前5位為1時,讀取的溫度為負數(shù);當前5位為0時,讀取的溫度為正數(shù)。溫度為正時讀取方法為:將16進制數(shù)轉換成10進制即可。溫度為負時讀取方法為:將16進制取反后加1,再轉換成10進制即可。例:0550H = +85 度,FC90H = -55 度。

DS18B20有六條控制命令,如表4.1所示:

表4.1 為DS18B20有六條控制命令

指 令 約定代碼 操 作 說 明

溫度轉換 44H 啟動DS18B20進行溫度轉換

讀暫存器 BEH 讀暫存器9字節(jié)二進制數(shù)字

寫暫存器 4EH 將數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH、TL字節(jié)

復制暫存器 48H 把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E2PROM中

重新調E2PROM B8H 把E2PROM中的TH、TL字節(jié)寫到暫存器TH、TL字節(jié)

讀電源供電方式 B4H 啟動DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號給主CPU

初始化

1、先將數(shù)據(jù)線置高電平"1"。

2、延時(該時間要求的不是很嚴格,但是盡可能的短一點)

3數(shù)據(jù)線拉到低電平"0"。

4、延時750微秒(該時間的時間范圍可以從480到960微秒)。

5、數(shù)據(jù)線拉到高電平"1"。

6、延時等待(如果初始化成功則在15到60微秒時間之內產生一個由DS18B20所返回的低電平"0"。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在,但是應注意不能無限的進行等待,不然會使程序進入死循環(huán),所以要進行超時控制)。

7、若CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平"0"后,還要做延時,其延時的時間從發(fā)出的高電平算起(第(5)步的時間算起)最少要480微秒。

8、將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平"1"后結束。

其時序如圖4.13所示:

圖4.13 初始化時序圖

寫操作

1、數(shù)據(jù)線先置低電平"0"。

2、延時確定的時間為15微秒。

3、按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)(一次只發(fā)送一位)。

4、延時時間為45微秒。

5、將數(shù)據(jù)線拉到高電平。

6、重復上(1)到(6)的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。

7、最后將數(shù)據(jù)線拉高。

DS18B20的寫操作時序圖如圖4.14所示。

圖4.14 DS18B20的寫操作時序圖

讀操作

1將數(shù)據(jù)線拉高"1"。

2、延時2微秒。

3、將數(shù)據(jù)線拉低"0"。

4、延時3微秒。

5、將數(shù)據(jù)線拉高"1"。

6、延時5微秒。

7、讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個狀態(tài)位,并進行數(shù)據(jù)處理。

8、延時60微秒。

1、DS18B20的主要特性

①、適應電壓范圍更寬,電壓范圍:3.0~5.5V,在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電

②、獨特的單線接口方式,DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊

③、 DS18B20支持多點組網功能,多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上,實現(xiàn)組網多點測溫

④、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件,全部 傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內

⑤、溫范圍-55℃~+125℃,在-10~+85℃時精度為±0.5℃

⑥、可編程 的分辨率為9~12位,對應的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃,可實現(xiàn)高精度測溫

⑦、在9位分辨率時最多在 93.75ms內把溫度轉換為數(shù)字,12位分辨率時最多在750ms內把溫度值轉換為數(shù)字,速度更快

⑧、測量結果直接輸出數(shù)字溫度信號,以"一 線總線"串行傳送給CPU,同時可傳送CRC校驗碼,具有極強的抗干擾糾錯能力

⑨、負壓特性:電源極性接反時,芯片不會因發(fā)熱而燒毀, 但不能正常工作。

2、DS18B20的外形和內部結構

DS18B20內部結構主要由四部分組成:64位光刻ROM 、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的外形及管腳排列如下圖1:

DS18B20引腳定義:

①DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端;

②GND為電源地;

③VDD為外接供電電源輸入端(在寄生電源接線方式時接地)。

圖2:DS18B20內部結構圖

3、DS18B20工作原理

DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同,只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同,且溫度轉換時的延時時間由2s 減為750ms。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變,所產生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在-55℃所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對 低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖信號進行減法計數(shù),當計數(shù)器1的預置值減到0時,溫度寄存器的值將加1,計數(shù)器1的預置將重新被裝入,計數(shù)器1重 新開始對低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖信號進行計數(shù),如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時,停止溫度寄存器值的累加,此時溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測溫度。圖3中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性,其輸出用于修正計數(shù)器1的預置值。

圖3:DS18B20測溫原理框圖DS18B20有4個主要的數(shù)據(jù)部件:

①光刻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。64位光刻ROM的排列是:開始8位 (28H)是產品類型標號,接著的48位是該DS18B20自身的序列號,最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻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。

②DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量,以12位轉化為例:用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供,以 0.0625℃/LSB形式表達,其中S為符號位。

表1: DS18B20溫度值格式表

這是12位轉化后得到的12位數(shù)據(jù),存儲在18B20的兩個8比特的RAM中,二進制中的前面5位是符號位,如果測得的溫度大于0, 這5位為0,只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度;如果溫度小于0,這5位為1,測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際 溫度。 例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H,+25.0625℃的數(shù)字輸出為0191H,-25.0625℃的數(shù)字輸出為FE6FH,-55℃的數(shù)字輸出為FC90H 。

表2: DS18B20溫度數(shù)據(jù)表

③DS18B20溫度傳感器的存儲器 DS18B20溫度傳感器的內部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個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和結構寄存器。

④配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下:

表3:配置寄存器結構

TM R1 R0 1 1 1 1 1

低五位一直都是"1",TM是測試模式位,用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設置為0,用 戶不要去改動。R1和R0用來設置分辨率,如下表所示:(DS18B20出廠時被設置為12位)

表4:溫度分辨率設置表

4、高速暫存存儲器高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成,其分配如表5所示。當溫度轉換命令發(fā)布后,經轉換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在 高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù),讀取時低位在前,高位在后,數(shù)據(jù)格式如表1所示。對應的溫度計算: 當符號位S=0時,直接將二進制位轉換為十進制;當S=1時,先將補碼變?yōu)樵�碼,再計算十進制值。表 2是對應的一部分溫度值。第九個字節(jié)是 冗余檢驗字節(jié)。

表5:DS18B20暫存寄存器分布

根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議,主機(單片機)控制DS18B20完成溫度轉換必須經過三個步驟:每一次讀寫之前都要對DS18B20進行 復位操作,復位成功后發(fā)送一條ROM指令,最后發(fā)送RAM指令,這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒,然后 釋放,當DS18B20收到信號后等待16~60微秒左右,后發(fā)出60~240微秒的存在低脈沖,主CPU收到此信號表示復位成功。

表6:ROM指令表

5、DS18B20的應用電路DS18B20測溫系統(tǒng)具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點。下面就是DS18B20幾個不同應用方式下的 測溫電路圖:

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,DS18B20從單線信號線上汲取能量:在信號線DQ處于高電平期間把能量儲存在內部 電容里,在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作,直到高電平到來再給寄生電源(電容)充電。

獨特的寄生電源方式有三個好處:

1)進行遠距離測溫時,無需本地電源

2)可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取ROM

3)電路更加簡潔,僅用一根I/O口實現(xiàn)測溫

要想使DS18B20進行精確的溫度轉換,I/O線必須保證在溫度轉換期間提供足夠的能量,由 于每個DS18B20在溫度轉換期間工作電流達到1mA,當幾個溫度傳感器掛在同一根I/O線上進行多點測溫時,只靠4.7K上拉電阻就無法提供足夠的 能量,會造成無法轉換溫度或溫度誤差極大。

因此,圖4電路只適應于單一溫度傳感器測溫情況下使用,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,當電源電壓下降時,寄生電源能夠汲取的能量也降低,會使溫度誤差變大。

②、DS18B20寄生電源強上拉供電方式電路圖改進的寄生電源供電方式如下面圖5所示,為了使DS18B20在動態(tài)轉換周期中獲得足夠的電流供應,當進行溫度轉換或拷貝到 E2存儲器操作時,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存儲器或啟動溫度轉換的指令后,必須在最 多10μS內把I/O線轉換到強上拉狀態(tài)。在強上拉方式下可以解決電流供應不走的問題,因此也適合于多點測溫應用,缺 點就是要多占用一根I/O口線進行強上拉切換。

圖5

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

③、DS18B20的外部電源供電方式

在外部電源供電方式下,DS18B20工作電源由VDD引腳接入,此時I/O線不需要強上拉,不存在電源電流不足的問題,可以保證 轉換精度,同時在總線上理論可以掛接任意多個DS18B20傳感器,組成多點測溫系統(tǒng)。注意:在外部供電的方式下,DS18B20的GND引腳不能懸空 ,否則不能轉換溫度,讀取的溫度總是85℃。

圖6:外部供電方式單點測溫電路.

圖7:外部供電方式的多點測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,而且電路也比較簡單,可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度 監(jiān)控系統(tǒng)。站長推薦大家在開發(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,即使電源電壓VCC降到3V時,依然能夠保證溫度量精度。

6、DS1820使用中注意事項

DS1820雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點,但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題:

①、較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償,由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送,因此 ,在對DS1820進行讀寫編程時,必須嚴格的保證讀寫時序,否則將無法讀取測溫結果。在使用PL/M、C等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時,對 DS1820操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。

②、在DS1820的有關資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問題,容易使人誤認為可以掛任意多個 DS1820,在實際應用中并非如此。當單總線上所掛DS1820超過8個時,就需要解決微處理器的總線驅動問題,這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時 要加以注意。

③、連接DS1820的總線電纜是有長度限制的。試驗中,當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時,讀取的 測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時,正常通訊距離可達150m,當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時,正 常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產生畸變造成的。因此,在用DS1820進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考 慮總線分布電容和阻抗匹配問題。

④、在DS1820測溫程序設計中,向DS1820發(fā)出溫度轉換命令后,程序總要等待DS1820的返回信號,一旦 某個DS1820接觸不好或斷線,當程序讀該DS1820時,將沒有返回信號,程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS1820硬件連接和軟件設計時也要給予 一定的重視。 測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線,其中一對線接地線與信號線,另一組接VCC和地線,屏蔽層在源端單點接地。

利用DS18B20構成的數(shù)字溫度計

用一片DS18B20構成測溫系統(tǒng),測量的溫度精度達到0.1度,測量的溫度的范圍在-20度到+100度之間,用8位數(shù)碼管顯示出來

讀取溫度程序代碼段