【文章內容簡介】 ℃ ，在 55℃ 到 +125℃ 范圍內，測量誤差也不過 2℃ 。 912 位的數字讀數方式。 。 ，多個 DSI8B20 可以并聯在唯一的三線上，實現多 點測溫。 ，即具有電源反接保護電路。當電源電壓的極性反接時，能保DS18B20 不會因發(fā)熱而燒毀。但此時芯片無法正常工作。 的轉換速率比較高，進行 9 位的溫度轉換僅需 。 。 DS18B20 的管腳排列 DS18B20 采用 3 腳 PR35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝。其管腳排列如 圖 21 所示 。 I/O 為數據輸入 /輸出端 (即單線總線 )，它屬于漏極開路輸出，外接上拉電阻后，常態(tài)下呈高電平。 UDD 是可供選用的外部電源端，不用時接地， GND 為地， NC 空腳。 xx 大學學士 學位論文 6 1GND2I/O3UDDD S 18 B 2 08V C C7NC6NC5NC1I/ O2GND3NC4NCD S 18 B 2 0 圖 21 DS18B20 管腳圖 DS18B20 的內部結構 DS1SB20 的內部結構框圖如下圖所示，它主要包括 7 部分 ： ； ； 位激光 (loser)ROM 與單線接口 ； 存器，即便筏式 RAM，用于存放中間數據； 觸發(fā)寄存器和 TL 觸發(fā)寄存器，分別用來存儲用戶設定的溫度上下限值； ； 位循環(huán)冗余校驗碼 (CRC)發(fā)生器。 圖 22 DS18B20 內部結構圖 64 位 ROM 的結構開始 8 位是產品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序 號，共有 48 位，最后 8 位是前面 56 位的 CRC 檢驗碼，這也是多個 DS18B20可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸 發(fā)器 TH 和 TL，可通過軟件寫入戶報警上下限。 DS18B20 溫度傳感器的內部存儲器還包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失性的可電擦除的 EERAM。高速暫存 RAM 的結構為 8 字節(jié)的存儲器。頭 2 個字節(jié)包含測得的溫度信息，第 3 和第 4 字節(jié) TH 和 TL的拷貝，是易失的，每次C 64 位 R O M 和 單 線 接 口 高速緩存 存儲器 溫度傳感器 高溫觸發(fā)器TH 低溫觸發(fā)器 TL 配置寄存器 8 位 CRC 發(fā)生器 Vdd xx 大學學士 學位論文 7 上電復位時被刷新。第 5 個字節(jié)，為配置寄存器，它的內容用于確定溫度值的數字轉換分辨率。 DS18B20 工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的溫度 數值。該字節(jié)各位的定義如圖 3 所示。低 5 位一直為 1， TM 是工作模式位，用于設置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式， DS18B20 出廠時該位被設 0，用戶要去改動， R1 和 R0 決定溫度轉換的精度位數，來設置分辨率。 表 21 DS18B20 字節(jié)定義 TM R1 1R0 1 1 1 1 .... DS18B20 溫度轉換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數據轉換 時間越長。因此，在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。 高速暫存 RAM 的第 8 字節(jié)保留未用，表現為全邏輯 1。第 9 字節(jié)讀出前面所有 8 字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗數據，從而保證通信數據的正確性。 當 DS18B20 接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換。轉換完成后的溫度值就以 16 位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第 2 字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數據，讀數據時低位在先，高位在后，數據格式以 ℃ ／ LSB 形式表示 [7]。 當符號位 S＝ 0 時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制 位轉換為十進制；當符號位 S＝ 1 時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數值。表 22 是一部分溫度值對應的二進制溫度數據。 表 22 DS18B20 溫度轉換時間表 R0R1000101119101112分辨率/ 位 溫度最大轉向時間/ m s9 3 . 7 51 8 7 . 53 7 57 5 0.... DS18B20 完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與 RAM 中的 TH、 TL 字節(jié)內容作比較。若 TTH 或 TTL，則將該器件內的報警標志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令 做出 響應。因此，可用多只 DS18B20 同時測量溫度并進行報溫度 LSB 溫度 MSB TH用戶字節(jié) 1 TL用戶字節(jié) 2 配置寄存器 保留 保留 保留 CRC xx 大學學士 學位論文 8 警搜索。 在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼 (CRC)。主機 ROM的前 56 位來計算 CRC 值 ，并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比較，以判斷主機收到的 ROM 數據是否正確。 DS18B20 的測溫原理是這 樣的 ,器件中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器１；高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器 2 的脈沖輸入。器件中還有一個計數門，當計數門打開時， DS18B20 就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖進行計數進而完成溫度測量。計數門的開啟時間由高溫度系數振蕩器來決定，每次測量前，首先將－ 55℃ 所對應的一個基數分別置入減法計數器 溫度 寄存器中，計數器 1 和溫度寄存器被預置在－ 55℃ 所對應的一個基數值。 減法計數器 1 對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當減法計數器 1 的預置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，減法計數器 1 的預置 值 將重新被裝入，減法計數器 1 重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環(huán)直到減法計數器計數到 0 時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數器的預置值，只要計數器門仍未關閉就重復上述過程，直到溫度寄存器值大致 等于 被測溫度值。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是 分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統對 DS18B20 的各種操作按協議進行。操作協議為：初使化 DS18B20（發(fā)復位脈沖） →發(fā) ROM 功能命令 →發(fā)存儲器操作命令 →處理數據 [10]。 表 23 一部分溫度對應值表 溫度 /℃ 二進制表示 十六進制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0000 0191H + 0000 0000 1010 0001 00A2H + 0000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H 1111 1111 1111 0000 FFF8H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H DS18B20 的測溫原理 DS18B20 的測溫原理如 圖 24 所示 。 xx 大學學士 學位論文 9 斜 率 累 加 器預 置低 溫 度 系 數 振 蕩 器 減 法 計 數 器 1 預 置溫 度 寄 存 器高 溫 度 系 數 振 蕩 器 減 法 計 數 器 2 減 到 0計 數 比 較 器減 到 0增 加 1停 止圖 24 DS18B20 測溫原理圖 圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器 1，高溫度系數晶振的振蕩頻率隨溫度變化而明顯改變，所生的信號作為減法計數器 2 的脈沖輸入。圖中還隱含著計數門，當計數門打開時， DS18B20 就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖進行計數，進而完成溫度測量。計數門的開啟時間由高溫度系數振蕩器來決定，每次測量前，首先將 55℃ 所對應的基數分別置入減法計數器 1 和溫度寄存器中，減法計數器 1和溫度寄存器被預置在 55℃ 所對應的一個基數值。減法計數器 1 對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當減法計數器 1 的預置值減到 0 時溫度寄存器的值將加 1 減法計數器 1 的預置將重新被裝入，減法計數器 1 重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環(huán)直到減法計數器 2 計數到0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。圖中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數器的預置值，只要計數門仍未關閉就重 復上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值，這就是 DS18B20 的測溫原理。 DS18B20 的時序 由于 DS18B20 采用的是 1Wire 總線協議方式，即在一根數據線實現數據的雙向傳輸，單線通信功能是分時完成的，有嚴格的時序概念，因此讀寫時序很重要。系統對 DS18B20 的各種操作必須按協議進行。操作協議為 ： 初始化 xx 大學學士 學位論文 10 DS18B20(發(fā)復位脈沖 )、 發(fā) ROM 功能命令、發(fā)存儲器操作命令、處理數據。 DS18B20 的讀時序分為讀 0 時序和讀 l 時序兩個過程。 DS18B20 的讀時序是從主機把單總線拉低之后，在 15us 之內就 得釋放單總線，以讓 DS18B20 把數據傳輸到單總線上。 DS18B20 在完成一個讀時序過程，至少需要 60us 才能完成。 DS18B20 的寫時序仍然分為寫 0 時序和寫 1 時序兩個過程，但對寫 0 時序和寫 1 時序的要求不同，當要寫 0 時序時，單總線要被拉低至少 60us，保證DS18B20 能夠在 15us 到 45us 之 間 能夠正確地采樣 。 總線上的 “ 0” 電平，當要寫 1 時序時，單總線被拉低之后，在 15us 之內就得釋放單總線 .所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。而每一次命令和數據的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要 求單總線器件回送數據，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數據接收 [9]。數據和命令的傳輸都是低位在先。 DSl8B20 使用中的注意事項 DSI8B20 雖然具有測溫系統簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題 : ，由于 DS18B20 與微處理器間采 。 用串行數據傳送，因此，在對 DS18B20 進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果。在使用 PUM、 C 等高級語言進行系統程序設計時，對 DS18B20 操作部分 最好采用匯編語言實現。 DS18B20 的有關資料中均未提及單總線上所掛 DS18B20 數量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個 DS18B20，在實際應用中并非如此。當單總線所掛 DS18B20 超過 8 個時，就需要解決微處理器的總線驅動問題，這一點在行多點測溫系統設計時要加以注意。 DS18B20 的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過 50m 時，讀取的測溫數據將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達 150m，當采用每米絞合次數更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常 通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產生畸變造成的。因此，在用 DS18B20 進行長距離測溫系統設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。測溫電纜線建議采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接 VDD 和地線，屏蔽層在源端單點接地。 DS1SB20 測溫程序設計中，向 DS18B20 發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待 DS18B20 的返回信號，一旦某個 DS18B20 接觸不好或斷線，當程序讀該 DS18B20 時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行 DS18B20硬件連接和軟 件設計時也要給予一定的重視。 單片機概述 單片微型計算機簡稱單片機，又稱微控制器，嵌入式微控制器等，屬于第四代電子計算機。它把中央處理器、存儲器、輸入 /輸出接口電路以及定時器 /計 xx 大學學士 學位論文 11 數器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價格低廉、抗干擾能力強且可靠性高等特點，因此，適合應用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表和測控系統的前端裝置。正是由于這一原因，國際上逐漸采用微控制器 (MCU)代