【文章內(nèi)容簡介】 N一BOARD)專利技術(shù)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三級管的集成電路內(nèi)。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念?，F(xiàn)在，新一代的DS18BZO體積更小、更經(jīng)濟、更靈活。使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點。 DS18B20 的性能特點（1） 獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通訊；（2） 在DS18B20中的每個器件上偶有獨一無二的序列號，因此多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；（3） 實際應(yīng)用中不需要任何外部器件即可實現(xiàn)（4） 可通過數(shù)據(jù)線供電，~；（5） 零待機功耗（6） 數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇（7） 用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置（8） 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件（9） 負溫度特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作、 DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64 位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH 和TL、配置寄存器。DS18B20 的管腳排列如圖47所示:引腳定義：(1) DQ 為數(shù)字信號輸入/輸出端；(2) GND 為電源地；(3) VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。 圖47 DS18B20 的管腳排列圖DS18B20采用3角PR35封裝或8角SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖48所示：64位ROM 和單線接口電流檢測存儲器和控制器 高速 緩存存儲器8位CRC生成器溫度敏感元件低溫觸發(fā)器TL高溫觸發(fā)器TH配置寄存器圖48 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B20 有4 個主要的數(shù)據(jù)部件：（1）光刻ROM 中的64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20 的地址序列碼。64 位光刻ROM 的排列是：開始8 位（28H）是產(chǎn)品類型標號，接著的48 位是該DS18B20 自身的序列號，最后8 位是前面56 位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM 的作用是使每一個DS18B20 都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20 的目的。（2） DS18B20 中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12 位轉(zhuǎn)化為例：用16 位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，℃/LSB 形式表達，其中S 為符號位。表42 DS18B20 溫度值格式表 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 LS Byte Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit 9 Bit 8MS Byte 2223 21 2021 2223 24 SS S S S 262524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， 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 即可得到實際溫度。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。 （3）DS18B20 溫度傳感器的存儲器DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL 和結(jié)構(gòu)寄存器。表43 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)表TEMPERATURE DIGITAL OUTPUT (Binary) DIGITAL OUTPUT (Hex) +125℃ 0000 0111 1101 0000 07D0h +85℃ 0000 0101 0101 0000 0550h +℃ 0000 0001 1001 0001 0191h +℃ 0000 0000 1010 0010 00A2h +℃ 0000 0000 0000 1000 00008h 0℃ 0000 0000 0000 0000 00000h ℃ 1111 1111 1111 1000 FFF8h ℃ 1111 1111 0101 1110 FF5Eh ℃ 1111 1110 0110 1111 FE6Eh 55℃1111 1100 1001 0000 FC90hThe power –on reset value of the temperature resister is +85℃ THE （4）配置寄存器該字節(jié)各位的意義如表44所示：表 44 配置寄存器結(jié)構(gòu)111R0R1TM11 低五位一直都是1 ，TM 是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20 在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動。R1 和R0 用來設(shè)置分辨率，如下表所示：（DS18B20 出廠時被設(shè)置為12 位）分辨率設(shè)置如表45所示： 表45 溫度值分辨率設(shè)置表R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時間009位0110位1011位375ms1112位750ms由表45可見，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時間比較長，而且設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度轉(zhuǎn)換時間就越長。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。高速暫存存儲器由9 個字節(jié)組成，其分配如表46 所示。當溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第0 和第1 個字節(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)格式如表1 所示。對應(yīng)的溫度計算：當符號位S=0 時，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當S=1 時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。表 43 是對應(yīng)的一部分溫度值。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。 表 46 DS18B20 暫存寄存器分布8CRC 檢驗7 保留6 保留5 保留4配置寄存器3低溫限值 TL 2 高溫限值 TH 1溫度值高位 0溫度值低位 字節(jié)地址寄存器內(nèi)容根據(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(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM 指令，最后發(fā)送RAM 指令，這樣才能對DS18B20 進行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU 將數(shù)據(jù)線下拉500 微秒，然后釋放，DS18B20 收到信號后等待16～60 微秒左右，后發(fā)出60～240 微秒的存在低脈沖，主CPU 收到此信號表示復(fù)位成功。 表 47 ROM 指令表指 令約定代碼功 能讀 ROM33H讀DS1820ROM 中的編碼（即64 位地址）符合 ROM55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64 位ROM 編碼，訪問單總線上與該編碼相對應(yīng)的DS1820 使之作出響應(yīng)，為下一步對該DS1820 的讀寫作準備。搜索 ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上DS1820 的個數(shù)和識別64 位ROM 地址。為操作各器件作好準備。跳過 ROM0CCH忽略64 位ROM 地址，直接向DS1820 發(fā)溫度變換命令。適用于單片工作。告警搜索命令0ECH執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)。表 48 RAM 指令表指 令約定代碼功 能溫度變換44H啟動DS1820 進行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時最長為500ms（典型為200ms）。結(jié)果存入內(nèi)部9 字節(jié)RAM 中。讀暫存器0BEH內(nèi)部RAM 中9 字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM 的4 字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。復(fù)制暫存器48H將RAM 中第4 字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到EEPROM 中。重調(diào) EEPROM0B8H將EEPROM 中內(nèi)容恢復(fù)到RAM 中的第4 字節(jié)。讀供電方式0B4H讀DS1820 的供電模式。寄生供電時DS1820 發(fā)送“0”，外接電源供電DS1820 發(fā)送“1”。 DS18B20單總線(1一Wire)的基本原理單總線(l—Wire)[均是Maxim全資子公司Dallas的一項專有技術(shù)。與目前多數(shù)標準串行數(shù)據(jù)通信方式，如SPI/I2C/CROWIRE不同，它采用單根信號線，既傳輸時鐘，又傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向，它具有節(jié)省I/O口線資源、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、便于總線擴展和維護等諸多優(yōu)點。1一Wire單總線適用于單個主機系統(tǒng)，能夠控制一個或多個從機設(shè)備。當只有一個從機位于總線上時，系統(tǒng)可按照單節(jié)點系統(tǒng)操作。而當多個從機位于總線上時，則系統(tǒng)按照多節(jié)點系統(tǒng)操作。為了較為全面地介紹單總線系統(tǒng)，將系統(tǒng)分為三個部分討論硬件結(jié)構(gòu)命令序列和信號方式(信號類型和時序)。DS18B20的測溫原理圖如圖49所示：斜率累加器預(yù)置低溫度系數(shù)振蕩器減法計數(shù)器1計數(shù)比較器預(yù)置溫度寄存器減到0增加高溫度系數(shù)振蕩減法計數(shù)器2減到0停止 圖49 DS18B20測溫原理圖圖49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)晶振隨溫度變化其晶振頻率明顯改變，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就低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(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(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55℃所對應(yīng)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(yù)置減到０時，溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預(yù)置值將重新被裝入，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時停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。圖410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(yù)置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，知道溫度寄存器仍達到被測溫度值。典型的單總線命令序列如下:第一步:初始化。第二步:ROM命令(跟隨需要交換的數(shù)據(jù))。第三步:功能命令(跟隨需要交換的數(shù)據(jù))。每次訪問單總線器件，必須嚴格遵守這個命令序列，如果出現(xiàn)序列混亂，則單總線器件不會響應(yīng)主機。但是，這個準則對于搜索ROM命令和報警搜索命令例外，在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后，主機不能執(zhí)行其后的功能命令，必須返回至第一步。1)初始化基于單總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，初始化過程由主機發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成。應(yīng)答脈沖使主機知道，總線上有從機設(shè)備，且準備就緒。2)ROM命令在主機檢測到應(yīng)答脈沖后，就可以發(fā)出ROM命令。這些命令與各個從機設(shè)備的唯一64位ROM代碼相關(guān)，允許主機在單總線上連接多個從機設(shè)備時，指定操作某個從機設(shè)備。這些命令還允許主機能夠檢測到總線上有多少個從機設(shè)備以及其設(shè)備類型，或者有沒有設(shè)備處于報警狀態(tài)。從機設(shè)備可能支持5種ROM命令(實際情況與具體型號有關(guān))，每種命令長度為8位。主機在發(fā)出功能命令之前，必須送出合適的ROM命令。ROM命令主要包括:搜索[0F0h]、讀ROM[33h]、匹配ROM[55h]、跳越ROM[0CCh]、報警搜索[0ECh]。3)功能命令在主機發(fā)出ROM命令，以訪問某個指定的單總線器件，接著就可以發(fā)出單總線器件支持的某個功能命令。功能命令主要包括:轉(zhuǎn)換溫度[44h]、讀暫存器[0BEh]、寫暫存器[4Eh]、復(fù)制暫存器[48h]、回讀EEPROM[0B8h]、讀供電方式[0B4h]等。所有的單總線器件要求采用嚴格的通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議定義了幾種信號類型:復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫O、寫讀0和讀1。所有這些信號，除了應(yīng)答脈沖以外，都由主機發(fā)出同步信號。并且發(fā)送所有的命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前，這一點與多數(shù)串行通信格式不同(多數(shù)為字節(jié)的高位在前)。主機控制DSl8820完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個步驟：初始化、ROM操作指令、存儲器操作指令。單片機系統(tǒng)所用晶振頻率為11．0592MHz，根據(jù)DSl8820的初始化、寫和讀時序，分別編寫3個子程序：TxReset為初始化子程序，WrByte為寫(命令或數(shù)據(jù))子程序，RdByte為讀數(shù)據(jù)子程序，所有的數(shù)據(jù)讀寫均由最低位開始。單片機實現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換讀取溫度值程序的流程如圖410所示。假設(shè)單片機系統(tǒng)所用的晶振頻率為12MHz，根據(jù)D