【文章內(nèi)容簡介】 料中均未提及單總線上所掛 DS18B20 數(shù)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，當單總線上所掛 DS18B20 超過 8 個時，就需要解決微處理器的 總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要加以注意。 ●在 DS18B20測溫程序設計中，向 DS18B20 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)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。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖為 DS1820 的內(nèi)部框圖，它主要包括 寄生電源 、 溫度傳感器 、 64 位激光 ROM 單線接口 、 存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器 （內(nèi)含便箋式 RAM），用于存儲用戶 設定的溫度上下限值的 TH 和 TL觸發(fā)器存儲與控制邏輯、 8 位循環(huán)冗余校驗碼（ CRC）發(fā)生器等七部分。 DS18B20采用３腳 PR－ 35 封裝或８腳 SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 14 圖 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 64 b 閃速 ROM 的結(jié)構(gòu)如下： 開始８位是產(chǎn)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。主機操作 ROM的命令有五種，如表所列 15 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)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(jié)構(gòu)為８字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖 。 圖 高速暫存 RAM結(jié)構(gòu)圖 前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，每次上電復位時被刷新。第５個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn) 換分辨率。 DS18B20 工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應精度的溫度數(shù)值。 溫度低位 溫度高位 TH TL 配置 保留 保留 保留 8 位 CRC LSB MSB 指 令 說 明 讀 ROM（ 33H） 讀 DS1820的序列號 匹配 ROM（ 55H） 繼讀完 64位序列號的一個命令，用于多個 DS1820時定位 跳過 ROM（ CCH） 此命令執(zhí)行后的存儲器操作將針對在線的所有 DS1820 搜 ROM（ F0H） 識別總線上各器件的編碼，為操作各器件作好準備 報警搜索（ ECH） 僅溫度越限的器件對此命令作出響應 16 當 DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)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 1，2 字節(jié)。單片 機 可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 5 ℃ /LSB 形式表示。溫度值格式如下： 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20 的兩個 8 比特的 RAM中，二進制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0，這 5位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實際溫度 。圖 中，S 表示位。 對應的溫度計算：當符號位 S=0 時， 表示測得的溫度植為正值，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當 S=1 時， 表示測得的溫度植為負值， 先將補碼變換為原碼，再計算十進制值。 例如 +125℃ 的數(shù)字輸出為 07D0H，+℃ 的數(shù)字輸出為 0191H， ℃ 的數(shù)字輸出為 FF6FH， 55℃ 的數(shù)字輸出為 FC90H。 DS18B20 溫度傳感器主要用于對溫度進行測量，數(shù)據(jù)可用 16 位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，并以 ℃ ／ LSB 形式表示 。 表 2 是 部分溫度值對應的二進制溫度表示數(shù)據(jù)。 表 2 部分溫度值 17 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與 RAM 中的 TH、 TL 字節(jié)內(nèi)容 作比較，若 TTH 或 TTL,則將該器件內(nèi)的告警標志置位，并對主機發(fā)出的告警搜索命令作出響應。因此，可用多只 DS18B20 同時測量溫度并進行告警搜索。 在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余校驗碼（ CRC）。主機根據(jù) ROM 的前 56 位來計算 CRC 值，并和存入 DS18B20 中的 CRC 值做比較，以判斷主機收到的 ROM 數(shù) 據(jù)是否正確。 DS18B20 測溫原理 DS18B20 的測溫原理如圖 2 所示，圖中低溫度系 數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器 1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器 2 的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時， DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量 .計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將 55 ℃ 所對應的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器 1 和溫度寄存器中，減法計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預置在 55 ℃所對應的一個基數(shù)值。 減法計數(shù)器 1 對低溫 度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器 1 的預置值減到 0 時溫度寄存器的值將加 1，減法計數(shù)器 1 的預置將重新被裝入 ,減法計數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù) ,如此循環(huán)直到減法計數(shù)器 2 計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫圖 2 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(shù)器的預置值，只要計數(shù)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。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的， 他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時 序很重要。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初始化 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(shù)據(jù)。 18 圖（ 2） DS18B20 測溫原理圖 在正常測溫情況下， DS1820 的測溫分辨力為 ℃，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測量結(jié)果：首先用 DS1820 提供的讀暫存器指令（ BEH）讀出以 ℃為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位（ LSB），得到所測實際溫度的整數(shù)部分 Tz，然后再用 BEH 指令取計 數(shù)器 1的計數(shù)剩余值 Cs 和每度計數(shù)值 CD?？紤]到 DS1820 測量溫度的整數(shù)部分以℃、 ℃為進位界限的關系，實際溫度 Ts 可用下式計算： Ts=（ ℃） +(CDCs)/CD 提高 DS1820 測溫精度的途徑 （ 1）、 DS1820 高精度測溫的理論依據(jù) DS1820 正常使用時的測溫分辨率為 ℃ ，這對于水輪發(fā)電機組軸瓦溫度監(jiān)測來講略顯不足，在對 DS1820 測溫原理詳細分析的基礎上，我們采取直接讀取 DS1820 內(nèi)部暫存寄存器的方法，將 DS1820 的測溫分辨率提高到 ℃ ～ ℃ ． DS1820 內(nèi)部暫存寄存器的分布如表 1 所示，其中第 7 字節(jié)存放的是當溫度寄存器停止增值時計數(shù)器 1 的計數(shù)剩余值，第 8 字節(jié)存放的是每度所對 19 應的計數(shù)值，這樣，我們就可以通過下面的方法獲得高分辨率的溫度測量結(jié)果。首先用 DS1820 提供的讀暫存寄存器指令 (BEH)讀出以 ℃ 為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位 (LSB)，得到所測實際溫度整數(shù)部分 T 整數(shù)，然后再用 BEH 指令讀取計數(shù)器 1 的計數(shù)剩余值 M 剩余和每度計數(shù)值 M 每度，考慮到 DS1820 測量溫度的整數(shù)部分以 ℃ 、 ℃為進位界限的關系，實際溫度 T 實際可用下式計算得到： T 實際 =(T 整數(shù)－℃ )+(M 每度－ M 剩余 )/M 每度 。 表 1 DS18B20 暫存寄存器分布 該字節(jié)各位的定義如下： 低 5 位一直都是 1， TM 是測試模式位，用于設置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式。在 DS18B20 出廠時該位被設置為 0，用戶不要去改動， R1 和 R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù) ， 即是來設置分辨率，如表 1 所示（ DS18B20 出廠時被設置為 12 位）。 R1 R0 分辨率 溫度最大 轉(zhuǎn)換時 /mm 0 0 9 位 0 1 10 位 1 0 11 位 1 1 12 位 表 1 R1 和 R2 模式表 由表 1 可見，設定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間就越長。因此，在實際應用中要在分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。高速暫存存儲器除了TM R1 R0 1 1 1 1 1 20 配置寄存器外，還有其他 8 個字節(jié)組成，其分配如下所示。其中溫度信息（第1， 2 字節(jié)）、 TH 和 TL 值第 3， 4 字節(jié)、第 6～ 8 字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯 1；第 9 字節(jié)讀出的是前面所有 8 個字節(jié)的 CRC 碼，可用來保證通信正確。 根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前 都要對 DS18B20 進行復位，復位成功后發(fā)送一條 ROM