【正文】 18B20溫度傳感器應(yīng)用解析溫度傳感器的種類眾多，在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場(chǎng)合時(shí)DALLAS（達(dá)拉斯）公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器當(dāng)仁不讓。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)，使得DS18B20更受歡迎。對(duì)于我們普通的電子愛好者來說，DS18B20的優(yōu)勢(shì)更是我們學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)和開發(fā)溫度相關(guān)的小產(chǎn)品的不二選擇。了解其工作原理和應(yīng)用可以拓寬您對(duì)單片機(jī)開發(fā)的思路。DS18B20的主要特征：?? 全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。?? 先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信。?? 最高12位分辨率。?? 12位分辨率時(shí)的最大工作周期為750毫秒。?? 可選擇寄生工作方式。?? 檢測(cè)溫度范圍為–55176。C ~+125176。C (–67176。F ~+257176。F)?? 內(nèi)置EEPROM，限溫報(bào)警功能。?? 64位光刻ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號(hào)，方便多機(jī)掛接。?? 多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。DS18B20芯片封裝結(jié)構(gòu)：DS18B20引腳功能：GND 電壓地 DQ 單數(shù)據(jù)總線 VDD 電源電壓 NC 空引腳DS18B20工作原理及應(yīng)用：DS18B20的溫度檢測(cè)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解18B20的內(nèi)部存儲(chǔ)器資源。18B20共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是：ROM 只讀存儲(chǔ)器，用于存放DS18B20ID編碼，其前8位是單線系列編碼（DS18B20的編碼是19H），后面48位是芯片唯一的序列號(hào)，最后8位是以上56的位的CRC碼（冗余校驗(yàn)）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時(shí)設(shè)置不由用戶更改。DS18B20共64位ROM。RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20共9個(gè)字節(jié)RAM，每個(gè)字節(jié)為8位。第2個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第4個(gè)字節(jié)是用戶EEPROM（常用于溫度報(bào)警值儲(chǔ)存）的鏡像。在上電復(fù)位時(shí)其值將被刷新。第5個(gè)字節(jié)則是用戶第3個(gè)EEPROM的鏡像。第8個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計(jì)的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。第9個(gè)字節(jié)為前8個(gè)字節(jié)的CRC碼。EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長(zhǎng)期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報(bào)警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在鏡像，以方便用戶操作。RAM及EEPROM結(jié)構(gòu)圖：圖2我們?cè)诿恳淮巫x溫度之前都必須進(jìn)行復(fù)雜的且精準(zhǔn)時(shí)序的處理，因?yàn)镈S18B20的硬件簡(jiǎn)單結(jié)果就會(huì)導(dǎo)致軟件的巨大開消，也是盡力減少有形資產(chǎn)轉(zhuǎn)化為無形資產(chǎn)的投入，是一種較好的節(jié)約之道。控制器對(duì)18B20操作流程：1， 復(fù)位：首先我們必須對(duì)DS18B20芯片進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位就是由控制器（單片機(jī)）給DS18B20單總線至少480uS的低電平信號(hào)。當(dāng)18B20接到此復(fù)位信號(hào)后則會(huì)在15~60uS后回發(fā)一個(gè)芯片的存在脈沖。2， 存在脈沖：在復(fù)位電平結(jié)束之后，控制器應(yīng)該將數(shù)據(jù)單總線拉高，以便于在15~60uS后接收存在脈沖，存在脈沖為一個(gè)60~240uS的低電平信號(hào)。至此，通信雙方已經(jīng)達(dá)成了基本的協(xié)議，接下來將會(huì)是控制器與18B20間的數(shù)據(jù)通信。如果復(fù)位低電平的時(shí)間不足或是單總線的電路斷路都不會(huì)接到存在脈沖，在設(shè)計(jì)時(shí)要注意意外情況的處理。3， 控制器發(fā)送ROM指令：雙方打完了招呼之后最要將進(jìn)行交流了，ROM指令共有5條，每一個(gè)工作周期只能發(fā)一條，ROM指令分別是讀ROM數(shù)據(jù)、指定匹配芯片、跳躍ROM、芯片搜索、報(bào)警芯片搜索。ROM指令為8位長(zhǎng)度，功能是對(duì)片內(nèi)的64位光刻ROM進(jìn)行操作。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接的多個(gè)器件并作處理。誠然，單總線上可以同時(shí)掛接多個(gè)器件，并通過每個(gè)器件上所獨(dú)有的ID號(hào)來區(qū)別，一般只掛接單個(gè)18B20芯片時(shí)可以跳過ROM指令（注意：此處指的跳過ROM指令并非不發(fā)送ROM指令，而是用特有的一條“跳過指令”）。ROM指令在下文有詳細(xì)的介紹。4， 控制器發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令：在ROM指令發(fā)送給18B20之后，緊接著（不間斷）就是發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令了。操作指令同樣為8位，共6條，存儲(chǔ)器操作指令分別是寫RAM數(shù)據(jù)、讀RAM數(shù)據(jù)、將RAM數(shù)據(jù)復(fù)制到EEPROM、溫度轉(zhuǎn)換、將EEPROM中的報(bào)警值復(fù)制到RAM、工作方式切換。存儲(chǔ)器操作指令的功能是命令18B20作什么樣的工作，是芯片控制的關(guān)鍵。5， 執(zhí)行或數(shù)據(jù)讀寫：一個(gè)存儲(chǔ)器操作指令結(jié)束后則將進(jìn)行指令執(zhí)行或數(shù)據(jù)的讀寫，這個(gè)操作要視存儲(chǔ)器操作指令而定。如執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換指令則控制器（單片機(jī)）必須等待18B20執(zhí)行其指令，一般轉(zhuǎn)換時(shí)間為500uS。如執(zhí)行數(shù)據(jù)讀寫指令則需要嚴(yán)格遵循18B20的讀寫時(shí)序來操作。數(shù)據(jù)的讀寫方法將有下文有詳細(xì)介紹。若要讀出當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)我們需要執(zhí)行兩次工作周期，第一個(gè)周期為復(fù)位、跳過ROM指令、執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器操作指令、等待500uS溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間。緊接著執(zhí)行第二個(gè)周期為復(fù)位、跳過ROM指令、執(zhí)行讀RAM的存儲(chǔ)器操作指令、讀數(shù)據(jù)（最多為9個(gè)字節(jié)，中途可停止，只讀簡(jiǎn)單溫度值則讀前2個(gè)字節(jié)即可）。其它的操作流程也大同小異，在此不多介紹。DS18B20芯片與單片機(jī)的接口：圖3圖4如圖所示，DS18B20只需要接到控制器（單片機(jī)）的一個(gè)I/O口上。如要采用寄生工作方式，只要將VDD電源引腳與單總線并聯(lián)即可。但在程序設(shè)計(jì)中，寄生工作方式將會(huì)對(duì)總線的狀態(tài)有一些特殊的要求。圖5DS28B20芯片ROM指令表：Read ROM（讀ROM）[33H] （方括號(hào)中的為16進(jìn)制的命令字）這個(gè)命令允許總線控制器讀到DS18B20的64位ROM。只有當(dāng)總線上只存在一個(gè)DS18B20的時(shí)候才可以使用此指令，如果掛接不只一個(gè)，當(dāng)通信時(shí)將會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。Match ROM（指定匹配芯片）[55H]這個(gè)指令后面緊跟著由控制器發(fā)出了64位序列號(hào)，當(dāng)總線上有多只DS18B20時(shí)，只有與控制發(fā)出的序列號(hào)相同的芯片才可以做出反應(yīng)，其它芯片將等待下一次復(fù)位。這條指令適應(yīng)單芯片和多芯片掛接。Skip ROM（跳躍ROM指令）[CCH]這條指令使芯片不對(duì)ROM編碼做出反應(yīng)，在單總線的情況之下，為了節(jié)省時(shí)間則可以選用此指令。如果在多芯片掛接時(shí)使用此指令將會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突，導(dǎo)致錯(cuò)誤出現(xiàn)。Search ROM（搜索芯片）[F0H]在芯片初始化后，搜索指令允許總線上掛接多芯片時(shí)用排除法識(shí)別所有器件的64位ROM。Alarm Search（報(bào)警芯片搜索）[ECH]在多芯片掛接的情況下，報(bào)警芯片搜索指令只對(duì)附合溫度高于TH或小于TL報(bào)警條件的芯片做出反應(yīng)。只要芯片不掉電，報(bào)警狀態(tài)將被保持，直到再一次測(cè)得溫度什達(dá)不到報(bào)警條件為止。DS28B20芯片存儲(chǔ)器操作指令表：Write Scratchpad （向RAM中寫數(shù)據(jù)）[4EH]這是向RAM中寫入數(shù)據(jù)的指令，隨后寫入的兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)將會(huì)被存到地址2（報(bào)警RAM之TH）和地址3（報(bào)警RAM之TL）。寫入過程中可以用復(fù)位信號(hào)中止寫入。Read Scratchpad （從RAM中讀數(shù)據(jù)）[BEH]此指令將從RAM中讀數(shù)據(jù)，讀地址從地址0開始，一直可以讀到地址9，完成整個(gè)RAM數(shù)據(jù)的讀出。芯片允許在讀過程中用復(fù)位信號(hào)中止讀取，即可