數位溫度感測器DS18B20測溫功能設計

九月 27, 2024
發表者行政

DS18B20是DALLAS公司生產的1線數位溫度感測器, 採用 3 腳 TO-92 小封裝. 溫度測量範圍-55℃~+125℃, 並可編程為9位~12位A/D轉換精度. 測溫分辨率可達0.0625℃, 測量的溫度以帶有符號擴展的16位數字量的形式串行輸出. 其工作電源可從遠端引入或由寄生電源產生. 多個 DS18B20 可以並聯 3 或者 2 線. CPU只需要一根端口線即可與多台DS18B20通信, 佔用微處理器的端口更少, 可以節省大量引線和邏輯電路. 以上特點使得DS18B20非常適合遠距離多點溫度檢測系統.

數位溫度感測器DS18B20的溫度測量功能

2. DS18B20內部結構 DS18B20電路圖
DS18B20內部結構如圖 1, 主要包括 4 部分: 64-位只讀存儲器, 溫度感應器, 非揮發性溫度警報觸發器 TH 和 TL, 和配置寄存器. DS18B20的引腳排列如圖 2. DQ為數位訊號輸入/輸出端; GND是電源地; VDD是外部電源輸入終端 (寄生電源接線方式接地, 見圖 4).

ROM中的64位序列號在出廠前經過光刻. 可以看作是DS18B20的地址序列碼. 每個DS18B20的64位序列號是不同的. 循環冗餘校驗碼 (CRC=X8＋X5＋X4＋1) 64位ROM的排列. ROM的作用是讓每個DS18B20都不同, 這樣多個 DS18B20 就可以連接到一條總線上.

DS18B20芯片內部結構

數位 1, DS18B20內部結構

DS18B20中的溫度傳感器完成溫度測量, 以 16 位符號擴展二進制補碼讀數的形式提供, 以0.0625℃/LSB的形式表示, 其中 S 是符號位. 例如, +125℃數位輸出為07D0H, +25.0625℃數位輸出為0191H, -25.0625℃數字輸出為FF6FH, -55℃數位輸出為FC90H.

23
22
21
20
2－1
2－2
2－3
2－4

溫度值低字節
MSBLSB
S
S
S
S
S
22
25
24

溫度值高字節
高低溫報警觸發TH和TL, 和配置寄存器由一個字節的EEPROM組成. 可以使用存儲功能命令寫入TH, TL, 或配置寄存器. 配置寄存器的格式如下:

0
R1
R0
1
1
1
1
1
MSBLSB

R1和R0決定溫度轉換的精度位數: R1R0 = “00”, 9-位精度, 最大轉換時間為 93.75ms; R1R0 = “01”, 10-位精度, 最大轉換時間為 187.5ms. R1R0 = “10”, 11-位精度, 最大轉換時間為 375ms. R1R0 = “11”, 12-位精度, 最大轉換時間為 750ms. 未編程時默認為12位精度.

高速寄存器是9字節存儲器. 前兩個字節包含測量溫度的數字信息; 第三個, 4th, 第 5 個字節是 TH 的臨時副本, TL, 和配置寄存器, 分別, 每次上電複位時都會刷新; 第六號, 7th, 第8個字節未使用，表示為全邏輯1; 第9個字節讀取前面所有的CRC碼 8 位元組, 可用於確保正確的通信.

3. DS18B20工作時序
DS18B20的一線工作協議流程為: 初始化→ROM操作指令→存儲器操作指令→數據傳輸. 其工作順序包括初始化順序, 寫入順序和讀取順序, 如圖 3 (一個) (乙) (c).

(一個) 初始化順序
(c) 讀取序列

DS18B20與微處理器的典型連接電路圖

數位 3, DS18B20工作時序圖

4. DS18B20與單片機的典型接口設計
數位 4 以MCS-51系列單片機為例，畫出DS18B20與微處理器的典型連接. 圖中 4 (一個), DS18B20採用寄生供電方式, 其 VDD 和 GND 端子均接地. 圖中 4 (乙), DS18B20採用外部供電方式, 其VDD端採用3V~5.5V電源供電.

一個) 寄生電源工作模式
(乙) 外接電源工作模式

DS18B20工作時序圖

數位 4 DS18B20與微處理器的典型連接圖

假設單片機系統使用的晶振頻率為12MHz, 根據初始化時序編寫三個子程序, DS18B20的寫時序和讀時序: INIT是初始化子程序; WRITE 是寫入 (命令或數據) 子程序; READ 是讀取數據子程序. 所有數據讀寫都是從最低位開始.

數據採集1.0
……
初始化:CLREA
INI10:設定BDAT
MOVR2#200
INI11:克拉達特
DJNZR2、INI11; 主機發送復位脈衝3μs×200=600μs
設定BDAT; 主機釋放總線, 並將端口線更改為輸入
MOVR2#30
IN12:DJNZR2、INI12; DS18B20等待2μs×30=60μs
CLRC
奧爾克,那; DS18B20數據線是否為低電平 (脈衝存在)?
傑西尼10; DS18B20尚未準備好, 重新初始化
MOVR6, #80
INI13: 奧爾克, 那
JCINI14; DS18B20數據線變高, 初始化成功
DJNZR6, INI13; 數據線低電平可持續3μs × 80 = 240μs
辛皮尼10; 初始化失敗, 重新啟動
INI14: 移動VR2, #240
IN15: DJNZR2, INI15; DS18B20 響應時間至少 2μs × 240 = 48 0微秒
視網膜色素變性

；－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
寫:CLREA
MOVR3,#8；環形 8 次, 寫一個字節
WR11:設定BDAT
MOVR4,＃8
RRCA；寫位從 A 移至 CY
克拉達特
WR12:DJNZR4、WR12
；等待16μs
移動數據傳輸技術,C；命令字逐位發送到DS18B20
MOVR4#20
WR13:DJNZR4,WR1 3
; 確保寫入過程持續60μs
DJNZR3、WR11
; 發送字節之前繼續
設定BDAT
視網膜色素變性

;－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
讀:CLREA
MOVR6,#8; 環形 8 次, 讀取一個字節
RD11:克拉達特
MOVR4,#4
諾普; 低電平持續2μs
設定BDAT; 設置端口線輸入
RD12:DJNZR4,RD12
; 等待8μs
MOVC,從 T
；主機逐位讀取DS18B20的數據
RRCA；讀取的數據移動到A
MOVR5#30
RD13:DJNZR5,RD13
；確保讀取過程持續60μs
DJNZR6、RD11
；讀取一個字節數據後, 將其存儲在A中
設定BDAT
視網膜色素變性
；－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
主機控制DS18B20完成溫度轉換必須經過三步: 初始化, ROM操作說明, 和內存操作指令. 讀取溫度轉換值之前必須先啟動DS18B20開始轉換. 假設一根線上只連接一顆芯片, 使用默認的12位轉換精度, 並且使用外部電源, 可以編寫子程序GETWD來完成轉換並讀取溫度值.

天才:LCallinit
移動,＃0CCH
呼叫寫入; 發送跳過 ROM 命令
移動,＃44H
呼叫寫入; 發送啟動轉換命令
LCallinit
移動,＃0CCH; 發送跳過 ROM 命令
呼叫寫入
移動,＃0 貝赫; 發送讀內存命令
呼叫寫入
L呼叫讀取
MOVWDLSB,A
; 將溫度值的低字節發送到WDLSB
L呼叫讀取
MOVWDMSB,A
; 將溫度值的高字節發送到 WDMSB
視網膜色素變性
……