【文章內(nèi)容簡介】 制繼電器自動打開控制加溫或者減溫系統(tǒng)進行工作當(dāng)溫度恢復(fù)正常值則繼電器自動關(guān)閉 圖 37 繼電器控制電路 DS18B20 溫度傳感器 DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比它能直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式 DS18B20 的性能特點如下 178。獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信 178。實際應(yīng)用中不需要 外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫 178。可通過數(shù)據(jù)線供電電壓范圍為 30～ 55V 178。在 DS18B20 中的每個器件上都有獨一無二的序列號 178。溫度以 9 或 12 位數(shù)字量讀出 178。報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度 溫度報警條件 的器件 178。負(fù)電壓特性電源極性接反時溫度計不會因發(fā)熱而燒毀但不能工作 圖 37 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 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 37 所示 64 位 ROM 的位結(jié)構(gòu)如圖 38 所示開始 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 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非易失性溫度報警觸發(fā)器 TH和 TL可通過軟件寫入戶報警上下限 8 位檢驗 CRC 48 位序列號 8 位工廠代碼 10H MSB LSB MSB LSB MSB LSB 圖 38 64 位 ROM 結(jié)構(gòu)圖 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 3 所示 頭 2個字節(jié)包含測量得的溫度信息第 3和第 4字節(jié)是 TH和 TL的拷貝是易失的每次上電復(fù)位時被刷新第 5 個字節(jié)為配置寄存器 [9]它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辯率 DS18B20 工作時按此寄存器中的分辯率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值該字節(jié)各位的定義如圖 38 所示低 5 位一直為 1TM 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決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)即用來設(shè)置分辯率定義方法見表 1 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 1 字節(jié) 2 字節(jié) 4 字節(jié) TH 用戶字節(jié) 1 5 字節(jié) TH 用戶字節(jié) 2 6 字節(jié) EEROM 7 字節(jié) 8 字節(jié) 9 字節(jié) TM R1 R0 1 1 1 1 1 圖 39 高速暫存 RAM 結(jié)構(gòu)圖 圖 310 配置寄存器 表 1 DS18B20 分辯率的定義規(guī)定 R1 R0 分辯率位 溫度最大轉(zhuǎn)換時間 ms 0 0 9 9375 211 0 1 10 1875 1 0 11 375 1 1 12 750 由表 1可見 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時間比較長而且設(shè)定的分辯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(yīng)用中要將分辯率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮 高速暫存 RAM的第 678字節(jié)保留未用表現(xiàn)為全邏輯 1轉(zhuǎn)換完成后溫度值就以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 12字節(jié)單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)時低位在先高位在后數(shù)據(jù)格式以 00625℃ LSB形式表示溫度值格式如圖 46 所示 當(dāng)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(zhuǎn)換為十進制當(dāng)符號位 S 1時表示測得的溫 度值為負(fù)值要先將被補碼變成原碼再計算十進制值表 2 是一部分溫度值對應(yīng)的二進制溫度數(shù)據(jù) 23 21 20 21 22 23 24 LS 字節(jié) S S S S S 26 25 24 MS 字節(jié) 圖 311 溫度數(shù)據(jù)值格式 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后就把測得的溫度值與 RAM 中的 THTL 字節(jié)內(nèi)容作比較若 T TH 或 T TL 則將該器件內(nèi)的報警標(biāo)志位置位并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應(yīng)因此可用多只 DS18B20 同時測量溫度并進行報警搜索 主機根據(jù) 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(shù)據(jù)是否正確 DS18B20 的測量原理如圖 311 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)晶振隨溫度變化其振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(dāng)計數(shù)門打開時 DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù) 表 2 DS18B20 溫度與測得值對應(yīng)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 ＋ 250625 0000 0001 1001 0001 0191H ＋ 10125 0000 0000 1010 0010 00A2H ＋ 05 0000 0000 0000 1000 0008H 0 0000 0000 0000 0000 0000H － 05 1111 1111 1111 1000 FFF8H － 10125 1111 1111 0101 1110 FF5EH － 250625 1111 1110 0110 1111 FE6FH － 55 1111 1100 1001 0000 FC90H 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 1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(dāng)減法計數(shù)器 1的預(yù)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(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時停止溫度寄存器值的累加此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值圖 311 中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線形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)上述過程直到溫度寄存器值達到被測溫度值 另外由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的它有嚴(yán)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(fù)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) 45 DS18B20 的其他介紹 DS18B20 的存儲器包括高速暫存器 RAM 和可電擦除 RAM 可電擦除 RAM 又包括溫度觸發(fā)器 TH和 TL以及一個配置寄存器存儲器能完整的確定一線端口的通訊數(shù)字開始用寫寄存器的命令寫進寄存器接著也可以用讀寄存器的命令來確認(rèn)這些數(shù)字當(dāng)確認(rèn)以后就可以用復(fù)制寄存器的命令來將這些數(shù)字轉(zhuǎn)移到可電擦除 RAM中當(dāng)修改過寄存器中的數(shù)時這個過程能確保數(shù)字的完整性 高速暫存器 RAM是由 8個字節(jié)的存儲器組成第一和第二個字節(jié)是溫度的顯示位第三和第四個字節(jié)是復(fù)制 TH和 TL同時第三和第四個字節(jié)的數(shù)字可以更新第五個字節(jié)是復(fù)制配置寄存器同時第五個 字節(jié)的數(shù)字可以更新六七八三個字節(jié)是計算機自身使用用讀寄存器的命令能讀出第九個字節(jié)這個字節(jié)是對前面的八個字節(jié)進行校驗 DS18B20采用一線通信接口因為一線通信接口必須在先完成 ROM設(shè)定否則記憶和控制功能將無法使用主要首先提供以下功能命令之一讀 ROMROM 匹配搜索 ROM 跳過 ROM 報警檢查這些指令操作作用在沒有一個器件的 64 位光刻 ROM序列號可以在掛在一線上多個器件選定某一個器件同時總線也可以知道總線上掛有有多少什么樣的設(shè)備 DS18B20可以使用外部電源 VDD也可以使用內(nèi)部的寄生電源當(dāng) VDD 端口接 30V55V 的電 壓時是使用外部電源當(dāng) VDD 端口接地時使用了內(nèi)部的寄生電源無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電 IO口線要接 5KΩ左右的上拉電阻 DS18B20 電路設(shè)計 DS18B20 最大的特點是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式 DS18B20 的數(shù)據(jù) IO 均由同一條線來完 成 DS18B20 的電源供電方式有 2 種 外