数字化温度传感器DS1820资料介绍.doc

2.1.1 ds18b20简介美国dallas半导体公司的数字化温度传感器ds1820是世界上第一片支持 一线总线接口的温度传感器，在其内部使用了在板（on-b0ard）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的ds18b20体积更小、更经济、更灵活。使你可以充分发挥“一线总线”的优点。在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，新型数字温度传感器ds18b20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。新的一线器件ds18b20体积更小、适用电压更宽、更经济。ds18b20可以程序设定912位的分辨率，精度为0.5c。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在eeprom中，掉电后依然保存。ds18b20的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色！ds1822与ds18b20软件兼容，是ds18b20的简化版本。省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的eeprom，精度降低为2c，适用于对性能要求不高，成本控制严格的应用，是经济型产品。 继一线总线的早期产品后，ds1820开辟了温度传感器技术的新概念。2.1.2 ds18b20的主要特性1. 独特的单线接口方式，ds18b20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与ds18b20的双向通讯。2. 测温范围 55+125，固有测温误差（注意，不是分辨率，这里之前是错误的）1。3. 支持多点组网功能，多个ds18b20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。4. 工作电源: 3.05.5v/dc （可以数据线寄生电源）5. 在使用中不需要任何外围元件6. 测量结果以912位数字量方式串行传送7. 不锈钢保护管直径 68. 适用于dn1525, dn40dn250各种介质工业管道和狭小空间设备测温9. 标准安装螺纹 m10x1, m12x1.5, g1/2”任选10. pvc电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。 2.1.3 ds18b20的内部结构ds18b20内部结构主要由四部分组成：64位光刻rom，温度传感器，温度报警触发器th和tl,配置寄存器。ds18b20内部结构图如图1所示。图1ds18b20有4个主要的数据部件：1. 64位激光rom。64位激光rom从高位到低位依次为8位crc、48位序列号和8位家族代码(28h)组成。如图2所示。图22. 温度灵敏元件。3. 非易失性温度报警触发器th和tl。可通过软件写入用户报警上下限值。4. 配置寄存器。配置寄存器为高速暂存存储器中的第五个字节。ds18b20在0工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换成相应精度的数值，其各位定义如图3所示。tmr1r011111msb ds18b20配置寄存器结构图lsb图3其中，tm：测试模式标志位，出厂时被写入0，不能改变；r0、r1：温度计分辨率设置位，其对应四种分辨率如下表所列，出厂时r0、r1置为缺省值：r0=1，r1=1（即12位分辨率），用户可根据需要改写配置寄存器以获得合适的分辨率。配置寄存器与分辨率关系表如表1所示表1：配置寄存器与分辨率关系表r0r1温度计分辨率/bit最大转换时间/us00993.750110187.510113751112750 2.1.4 ds18b20的应用范围1. 该产品适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域 2. 轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制。3. 汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。4. 供热/制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制 2.1.5 ds18b20的引脚定义1. dq为数字信号输入/输出端；2. gnd为电源地；3. vdd为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。如图4所示。图4 2.1.6 ds18b20的供电ds18b20 寄生电源供电(如图所示)在总线为高电平是来自总线的盗窃电流流过了dq 引脚。该电流在总线为高的时候给ds18b20 充电，部分电源将存储在寄生电源电容上（cpp） 并在总线为低的时候提供电源。当ds18b20 采用寄生电源供电模式时，vdd引脚必须接地。在寄生电源模式中，只要满足特定的时序和电压的要求，单总线和cpp 能够给ds10b20 提供有效的电流来满足绝大部分的操作。 参阅直流电气部分范围交流电气部分的数据） 然而在ds18b20 进行温度转换、从暂存寄存器向e 2 prom 复制数据时，电流高达1.5ma。这个电流将会在较小的总线上拉电阻上产生较大的压降，超过部分的电流将有cpp 提供。因此为了确保有足够的供电电流，无论在ds18b20 进行温度转换、从暂存寄存器向e 2 prom 复制数据，有必要在单总线上提供一个大的上拉电阻。正如图6给出的一样，这个可以通过使用一个mosfet 直接将总线拉至最大电流。在发送一个温度转换指令44h和复制暂存寄存器数据指令48h后，总线上上拉电阻的最大转换时间为10s，且总线必须在温度转换（tconv）和数据传输（twr=10ms）器件上拉至高电平。当上拉电阻有效的时候，总线上不能够做其他的操作。使用这种方法的好处是不需要mosfet 的上拉电阻，同时在温度转换期间，单总线可以传输其他的数据。在测量温度高于100的时候不推荐使用寄生电源供电，因为在这样的温度下由于较高的漏电电流ds18b20 不能够维持通信，这时强烈建议使用一个外部电源供电。在有些情况下，总线主器件可能不清楚挂接在总线上的ds18b20 是寄生电源供电还是外部电源供电，而主器件需要知道这一消息来决定是否在温度转换期间使用较大的上拉电阻。为了得到这一信息， 主器件在读时隙指令之后的读供电指令b4h 以后发送一个扫描romcch的指令，在读时隙期间，有寄生电源供电的ds18b20 将把总线拉低，而由外部供电的ds18b20 将维持总线为高电平。如果总线为低电平，则主器件在温度转换期间将在总线上使用强上拉电阻。 2.1.7 ds18b20的rom光刻rom中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该ds18b20的地址序列码。64位光刻rom的排列是：开始8位 （28h）是产品类型标号，接着的48位是该ds18b20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（crc=x8+x5+x4+1）。光刻rom的作用 是使每一个ds18b20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个ds18b20的目的rom指令表如表2所示表2：rom指令表指 令约定代码功 能读rom33h读ds1820温度传感器rom中的编码（即64位地址）符合 rom55h发出此命令之后，接着发出 64 位 rom 编码，访问单总线上与该编码相对应的 ds1820 使之作出响应，为下一步对该 ds1820 的读写作准备。搜索 rom0foh用于确定挂接在同一总线上 ds1820 的个数和识别 64 位 rom 地址。为操作各器件作好准备。跳过 rom0cch忽略 64 位 rom 地址，直接向 ds1820 发温度变换命令。适用于单片工作。告警搜索命令0ech执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应。2.1.8 ds18b20的ramds18b20的存储器包括高速暂存器ram和可电擦除ram，可电擦除ram又包括温度触发器th和tl，以及一个配置寄存器。存储器能完整的确定一线端口的通讯，数字开始用写寄存器的命令写进寄存器，接着也可以用读寄存器的命令来确认这些数字。当确认以后就可以用复制寄存器的命令来将这些数字转移到可电擦除ram中。当修改过寄存器中的数时，这个过程能确保数字的完整性。高速暂存存储器高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表5所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在 高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式如表1所示。对应的温度计算： 当符号位s=0时，直接将二进制位转换为十进制；当s=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。表 2是对应的一部分温度值。第九个字节是 冗余检验字节。ds18b20暂存寄存器分布如表3所示表3：ds18b20暂存寄存器分布寄存器内容字节地址温度值低位 （ls byte）0温度值高位 （ms byte）1高温限值（th）2低温限值（tl）3配置寄存器4保留5保留6保留7crc校验值8ram指令表如表4所示表4：ram指令表指 令约定代码功 能温度变换44h启动ds1820进行温度转换，12位转换时最长为750ms（9位为93.75ms）。结果存入内部9字节ram中。读暂存器0beh读内部ram中9字节的内容写暂存器4eh发出向内部ram的3、4字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。复制暂存器48h将ram中第3 、4字节的内容复制到eeprom中。重调 eeprom0b8h将eeprom中内容恢复到ram中的第3 、4字节。读供电方式0b4h读ds1820的供电模式。寄生供电时ds1820发送“ 0 ”，外接电源供电 ds1820发送“ 1 ”。2.1.9 ds18b20温度存储图7ds18b20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/lsb形式表达，其中s为符号位。(如图7所示)2.1.10 ds18b20初始化1. 先将数据线置高电平“1”。2. 延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）3. 数据线拉到低电平“0”。4. 延时750微秒（该时间的时间范围可以从480到960微秒）。5. 数据线拉到高电平“1”。6. 延时等待（如果初始化成功则在15到60微妙时间之内产生一个由ds18b20所返回的低电平“0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）。7. 若cpu读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要480微秒。8. 将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。2.1.11 ds18b20读写操作ds18b20的读操作1. 将数据线拉