数字温度传感器DS18B20测温功能设计

9 月 27, 2024
发表者行政

DS18B20是DALLAS公司生产的1线数字温度传感器, 采用 3 引脚 TO-92 小封装. 温度测量范围-55℃~+125℃, 并可编程为9位~12位A/D转换精度. 测温分辨率可达0.0625℃, 测量的温度以带有符号扩展的16位数字量的形式串行输出. 其工作电源可从远端引入或由寄生电源产生. 多个 DS18B20 可以并联 3 或者 2 线. CPU只需要一根端口线即可与多台DS18B20通信, 占用微处理器的端口更少, 可以节省大量引线和逻辑电路. 以上特点使得DS18B20非常适合远距离多点温度检测系统.

数字温度传感器DS18B20的温度测量功能

2. DS18B20内部结构 DS18B20电路图
DS18B20内部结构如图 1, 主要包括 4 部分: 64-位只读存储器, 温度传感器, 非易失性温度报警触发器 TH 和 TL, 和配置寄存器. DS18B20的引脚排列如图 2. DQ为数字信号输入/输出端; GND是电源地; VDD为外部电源输入端 (寄生电源接线方式接地, 见图 4).

ROM中的64位序列号在出厂前经过光刻. 可以看作是DS18B20的地址序列码. 每个DS18B20的64位序列号是不同的. 循环冗余校验码 (CRC=X8＋X5＋X4＋1) 64位ROM的排列. ROM的作用是让每个DS18B20都不同, 这样多个 DS18B20 就可以连接到一条总线上.

DS18B20芯片内部结构

数字 1, DS18B20内部结构

DS18B20中的温度传感器完成温度测量, 以 16 位符号扩展二进制补码读数的形式提供, 以0.0625℃/LSB的形式表示, 其中 S 是符号位. 例如, +125℃数字输出为07D0H, +25.0625℃数字输出为0191H, -25.0625℃数字输出为FF6FH, -55℃数字输出为FC90H.

23
22
21
20
2－1
2－2
2－3
2－4

温度值低字节
MSBLSB
S
S
S
S
S
22
25
24

温度值高字节
高低温报警触发TH和TL, 和配置寄存器由一个字节的EEPROM组成. 可以使用存储功能命令写入TH, TL, 或配置寄存器. 配置寄存器的格式如下:

0
R1
罗0
1
1
1
1
1
MSBLSB

R1和R0决定温度转换的精度位数: R1R0 = “00”, 9-位精度, 最大转换时间为 93.75ms; R1R0 = “01”, 10-位精度, 最大转换时间为 187.5ms. R1R0 = “10”, 11-位精度, 最大转换时间为 375ms. R1R0 = “11”, 12-位精度, 最大转换时间为 750ms. 未编程时默认为12位精度.

高速寄存器是9字节存储器. 前两个字节包含测量温度的数字信息; 第三个, 4th, 第 5 个字节是 TH 的临时副本, TL, 和配置寄存器, 分别, 每次上电复位时都会刷新; 第六号, 7th, 第8个字节未使用，表示为全逻辑1; 第9个字节读取前面所有的CRC码 8 字节, 可用于确保正确的通信.

3. DS18B20工作时序
DS18B20的一线工作协议流程为: 初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输. 其工作顺序包括初始化顺序, 写入顺序和读取顺序, 如图 3 (一个) (乙) (c).

(一个) 初始化顺序
(c) 读取序列

DS18B20与微处理器的典型连接电路图

数字 3, DS18B20工作时序图

4. DS18B20与单片机的典型接口设计
数字 4 以MCS-51系列单片机为例，画出DS18B20与微处理器的典型连接. 图中 4 (一个), DS18B20采用寄生供电方式, 其 VDD 和 GND 端子均接地. 图中 4 (乙), DS18B20采用外部供电方式, 其VDD端采用3V~5.5V电源供电.

一个) 寄生电源工作模式
(乙) 外接电源工作模式

DS18B20工作时序图

数字 4 DS18B20与微处理器的典型连接图

假设单片机系统使用的晶振频率为12MHz, 根据初始化时序编写三个子程序, DS18B20的写时序和读时序: INIT是初始化子程序; WRITE 是写入 (命令或数据) 子程序; READ 是读取数据子程序. 所有数据读写都是从最低位开始.

数据采集1.0
……
初始化:CLREA
INI10:设定BDAT
MOVR2#200
INI11:CLRDAT
DJNZR2、INI11; 主机发送复位脉冲3μs×200=600μs
设定BDAT; 主机释放总线, 并将端口线更改为输入
MOVR2#30
IN12:DJNZR2、INI12; DS18B20等待2μs×30=60μs
CLRC
有机液相色谱法,那; DS18B20数据线是否为低电平 (脉冲存在)?
杰西尼10; DS18B20尚未准备好, 重新初始化
MOVR6, #80
INI13: 有机液相色谱法, 那
JCINI14; DS18B20数据线变高, 初始化成功
DJNZR6, INI13; 数据线低电平可持续3μs × 80 = 240μs
辛皮尼10; 初始化失败, 重新启动
INI14: 移动VR2, #240
IN15: DJNZR2, INI15; DS18B20 响应时间至少 2μs × 240 = 48 0微秒
视网膜色素变性

；－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
写:CLREA
MOVR3,#8；环形 8 次, 写一个字节
WR11:设定BDAT
MOVR4,#8
RRCA；写位从 A 移至 CY
CLRDAT
WR12:DJNZR4、WR12
；等待16μs
移动数据传输技术,C；命令字逐位发送到DS18B20
MOVR4#20
WR13:DJNZR4,WR1 3
; 确保写入过程持续60μs
DJNZR3、WR11
; 发送字节之前继续
设定BDAT
视网膜色素变性

;－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
读:CLREA
MOVR6,#8; 环形 8 次, 读取一个字节
RD11:CLRDAT
MOVR4,#4
诺普; 低电平持续2μs
设定BDAT; 设置端口线输入
RD12:DJNZR4,RD12
; 等待8μs
MOVC,从 T
；主机用位读取DS18B20位的数据
RRCA；读取数据已移至
movr5，＃30
RD13:DJNZR5，RD13
；确保阅读过程持续60μs
DJNZR6，RD11
；阅读数据字节后, 将其存储在
设定BDAT
视网膜色素变性
；－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
主机必须经过三个步骤来控制DS18B20才能完成温度转换: 初始化, ROM操作说明, 和内存操作说明. 在阅读温度转换值之前，必须开始开始转换DS18B20. 假设只有一个芯片连接到一条线, 使用默认的12位转换精度, 并使用了外部电源, 可以编写子例程getWD以完成转换并阅读温度值.

天才:lcallinit
Mova,＃0CCH
lcallwrite; 发送Skip ROM命令
Mova,＃44H
lcallwrite; 发送开始转换命令
lcallinit
Mova,＃0CCH; 发送Skip ROM命令
lcallwrite
Mova,＃0BH; 发送读取内存命令
lcallwrite
lcallread
movwdlsb,A
; 将温度值的低字节发送至WDLSB
lcallread
movwdmsb,A
; 向WDMSB发送高温度值的高字节
视网膜色素变性
……