智能温度传感器DS18B20的原理与应用

智能温度传感器DS18B20的原理与应用内容摘要：

1、智能温度传感器 原理与应用 赵海兰 1,赵祥伟 2(1 沙洲职业工学院江苏 张家港 215600；2 高新张铜公司江苏张家港 215600)摘 要： 司生产的单线数字温度传感器，他具有独特的单线总线接口方式。 文章详细的介绍了单线数字温度传感器 测量原理、特性以及在温度测量中的硬件和软件设计，具有接口简单、精度高、抗干扰能力强、工作稳定可靠等特点。 关键词：线制；温度传感器；单片机美国 导体公司继 后最新推出的一种改进型智能温度传感器。 与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现 912 位的数字值读数方式。 750 完成 9 位和 12 位的数字量，并且从 出 2、的信息或写入 信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的 电，而无需额外电源。 因而使用 使系统结构更趋简单，可靠性更高。 他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较 了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。 1介（1）独特的单线接口方式：微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 双向通讯。 （2）在使用中不需要任何外围元件。 （3）可用数据线供电，电压范围：+V。 （4）测温范围：+125。 固有测温分辨率为。 （5）通过编程可实现 912 位的数字读数方式。 （6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。 （7）支持多点组网功能，多个 3、 以并联在惟一的三线上，实现多点测温。 （8）负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 2内部结构用 3 脚 装或 8 脚 装，其内部结构框图如图 1 所示。 (1) 64 b 闪速 结构如下：开始 8 位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有 48 位，最后 8 位是前 56 位的 验码，这也是多个 以采用一线进行通信的原因。 (2) 非易市失性温度报警触发器 通过软件写入用户报警上下限。 (3) 高速暂存存储器度传感器的内部存储器包括一个高速暂存 一个非易失性的可电擦除的 E2后者用于存储 据先写入 校验后再传给 E2而配置寄存器为高速暂存器中的第 5 个字节 4、，他的内容用于确定温度值的数字转换分辨率，作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。 该字节各位的定义如下：低 5 位一直都是 1，测试模式位，用于设置 工作模式还是在测试模式。 在 厂时该位被设置为 0，用户不要去改动， 定温度转换的精度位数，即是来设置分辨率，如表 1 所示（厂时被设置为 12 位）。 由表 1 可见，设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长。 因此，在实际应用中要在分辨率和转换时间权衡考虑。 高速暂存存储器除了配置寄存器外，还有其他 8 个字节组成，其分配如下所示。 其中温度信息（第 1，2 字节）、T ，4 字节、第 68 字节未用，表现为全逻辑 1；第 9 字 5、节读出的是前面所有 8 个字节的 ，可用来保证通信正确。 当 收到温度转换命令后，开始启动转换。 转换完成后的温度值就以 16 位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第 1，2 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，数据格式以0062 5 /式表示。 温度值格式如下：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，先将补码变换为原码，再计算十进制值。 表 2 是对应的一部分温度值。 成温度转换后，就把测得的温度值与 TL,则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的告警搜索命令作出响应。 因此，可用多只 时测量温度并进行告警搜索。 (4) 6、产生在 64 b 最高有效字节中存储有循环冗余校验码（主机根据前 56 位来计算 ，并和存入 的 做比较，以判断主机收到的 据是否正确。 3测温原理测温原理如图 2 所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小 1 ，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器 1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器 2 的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。 计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将所对应的基数分别置入减法计数器 1 和温度寄存器中，减法计数器 1 和温度寄存器被预置 7、在 所对应的一个基数值。 减法计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器 1 的预置值减到 0 时温度寄存器的值将加 1，减法计数器1 的预置将重新被装入，减法计数器 1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器 2 计数到 0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。 图 2 中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是测温原理。 另外，由于 线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。 系统 8、对 各种操作必须按协议进行。 操作协议为：初始化 复位脉冲）发 能命令发存储器操作命令处理数据。 各种操作的时序图与 同，可参看文献2。 4单片机的典型接口设计以 片机为例，图 3 中采用寄生电源供电方式， 口接单线总线为保证在有效的 钟周期内提供足够的电流，可用一个 和89 来完成对总线的上拉 2。 当 于写存储器操作和温度A/D 变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为 10 s。 采用寄生电源供电方式是 均接地。 由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三态的。 主机控制 成温度转换必须经过 3 个步骤：初始化、作指令、存储器操作指令。 假设单片机系统所用的晶振频率为12 据 初始化时序 9、、写时序和读时序，分别编写 3 个子程序：初始化子程序，写（命令或数据）子程序，读数据子程序，所有的数据读写均由最低位开始，实际在实验中不用这种方式，只要在数据线上加一个上拉电阻 4.7 外 2 个脚分别接电源和地。 5精确延时问题虽然 诸多优点，但使用起来并非易事，由于采用单总线数据传输方式，数据 I/O 均由同一条线完成。 因此，对读写的操作时序要求严格。 为保证 严格 I/O 时序，需要做较精确的延时。 在 到的延时有 15 s，90 s，270 s，540 s 等。 因这些延时均为 15 s 的整数倍，因此可编写一个 n）函数，源码如下：只要用该函数进行大约 15 sN 的延时即可。 有了比较精确 10、的延时保证，就可以对 行读写操作、温度转换及显示等操作。 6 结语我们已成功地将 用于所开发的“示气温”的控制系统中，其测温系统简单，测温精度高，连接方便，占用口线少，转换速度快，与微处理器的接口简单，给硬件设计工作带来了极大的方便，能有效地降低成本，缩短开发周期。 参考文献1胡振宇，刘鲁源，杜振辉口的 C 语言程序设计J单片机与嵌入式系统应用，2002，(7)2金伟正 单线数字温度传感器的原理与应用 J000，（6）：6668数字温度传感器 原理与应用马云峰,陈子夫,李培全(山东潍坊学院自动化系,山东潍坊 261041)1 引言 司生产的一线式数字温度传感器，具有 3 引脚2 小体积封装形式；温 11、度测量范围为55125,可编程为 9位12 位 A/D 转换精度，测温分辨率可达 被测温度用符号扩展的16 位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个 以并联到 3 根或 2 根线上，需一根端口线就能与诸多 信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。 以上特点使 常适用于远距离多点温度检测系统。 2内部结构部结构如图 1 所示，主要由 4 部分组成：64 位 度传感器、非挥发的温度报警触发器 置寄存器。 管脚排列如图 2 所示，数字信号输入输出端；电源地；外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地，见图 4）。 的 64 位序列号是出厂前被光刻好的， 12、它可以看作是该 个 64 位序列号均不相同。 64 位 排的循环冗余校验码（841 ）。 作用是使每一个 样就可以实现一根总线上挂接多个 目的。 图 1内部结构图 2管脚排列（a）初始化时序（b）写时序（c）读时序图 3工作时序图的温度传感器完成对温度的测量，用 16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 式表达，其中 S 为符号位。 例如125的数字输出为 07数字输出为0191H， 数字输出为 55的数字输出为 23 22 21 20 21 22 23 24 温度值低字节 S S S S 22 25 24 温度值高字节高低温报警触发器 置寄存器均由一个字节的 成，使用一个存储器功能命令可对 L 或配置寄存器写入。 其中配置寄存器的格式如下： 0 0 1 1 1 1 1 1、定温度转换的精度位数：00”，9 位精度，最大转换时间为 101” ，10 位精度，110”，11 位精度，最大转换时间为 375111”，12位精度，最大转换时间为 750编程时默认为 12 位精度。 高速暂存器是一个 9 字节的存储器。 开始。