【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 8B20 簡(jiǎn)介 概述 Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820 是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶(hù)可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。同 DS1820 一樣 DS18B20 也支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為 55176。C~+125176。C，在10~+85 176。C 范圍內(nèi),精度為177。 176。C?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持 3V~ 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。 DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)提供 9 位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度 。 信息經(jīng)過(guò)單線接口送入 DS18B20 或從 DS18B20 送出，因此從中央處理器到 DS18b20 僅需連接一條線（和地） ，讀寫(xiě)和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供 ，而不需要外部電源。 因?yàn)槊恳粋€(gè) DS1820 有唯一的系列（silicon serial number）因此多個(gè) DS1820 可以存在于同一條單線總線上。這允許在許多不同的地方放置溫度靈敏器件。此特性的應(yīng)用范圍包括 HVAC 環(huán)境控制，建筑物、設(shè)備或機(jī)械內(nèi)的溫度檢測(cè),以及過(guò)程監(jiān)視和控制中的溫度檢測(cè). 1. 特性 *獨(dú)特的單線接口,只需 1 個(gè)接口引腳即可通信 *多點(diǎn)（multidrop）能力使分布式溫度檢測(cè)應(yīng)用得以簡(jiǎn)化 *不需要外部元件 *可用數(shù)據(jù)線供電 *不需備份電源 *測(cè)量范圍從55℃至+125℃，增量值為 ℃等效的華氏溫度范圍是67176。F 至 257176。F ，增量值為 176。F *以 9 位數(shù)字值方式讀出溫度 *在 1 秒（典型值）內(nèi)把溫度變換為數(shù)字 *用戶(hù)可定義的，非易失性的溫度告警設(shè)置 *告警搜索命令識(shí)別和尋址溫度在編定的極限之外的器件（溫度告警情況） *應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品，溫度計(jì)或任何熱敏系統(tǒng)2 . 引腳排列3. 引腳說(shuō)明 引 腳8 腳 SOIC引腳PR35符號(hào) 說(shuō) 明5 1 GND 地4 2 DQ 單線運(yùn)用的數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，漏極開(kāi)路見(jiàn)。3 3 Vdd 寄生電可選 Vdd 引腳 詳細(xì)說(shuō)明 1. 工作原理 圖 31 的框圖表示 DS18B20 的主要部件 DS18B20 有三個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件：1）64 位光刻 ROM； 2）溫度靈敏元件；3）非易失性溫度告警觸發(fā)器 TH 和TL。器件從單線的通信線取得其電源，在信號(hào)線為高電平的時(shí)間周期內(nèi)，把能量貯存在內(nèi)部的電容器中，在單信號(hào)線為低電平的時(shí)間期內(nèi)，斷開(kāi)此電源 直到信號(hào)線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳娙荩╇娫礊橹?。作為另一種可供選擇的方法，DS18B20 也可用外部 5V 電源供電。 圖 31 DS18B20 結(jié)構(gòu)框圖 與 DS18B20 的通信經(jīng)過(guò)一個(gè)單線接口。在單線接口情況下，在 ROM 操作未定建立之前不能使用存貯器和控制操作。主機(jī)必須首先提供五種 ROM 操作命令之一：1） Read ROM(讀 ROM) ；2） Match ROM（匹配 ROM)；3）Search ROM（搜索 ROM） ；4）Skip ROM（跳過(guò) ROM） ； 5）Alarm Search（告警搜索）。這些命令對(duì)每一器件的 64 位激光 ROM 部分進(jìn)行操作。如果在單線上有許多器件，那么可以挑選出一個(gè)特定的器件，并給總線上的主機(jī)指示存在多少器件及其類(lèi)型。在成功地執(zhí)行了 ROM 操作序列之后，可使用存貯器和控制操作，然后主機(jī)可以提供六種存貯器和控制操作命令之一。 一個(gè)控制操作命令指示 DS18B20 完成溫度測(cè)量，該測(cè)量的結(jié)果將放入 DS1820 的高速暫存存貯器（Scratchpad memory）通過(guò)發(fā)出讀暫存存儲(chǔ)器內(nèi)容的存儲(chǔ)器操作命令可以讀出此結(jié)果。每一溫度告警觸發(fā)器 TH 和 TL 構(gòu)成一個(gè)字節(jié)的 EEPROM。如果不對(duì) DS18B20 施加告警搜索命令，這些寄存器可用作通用用戶(hù)存儲(chǔ)器。使用存儲(chǔ)器操作命令可以寫(xiě) TH 和 TL。對(duì)這些寄存器的讀訪問(wèn)通過(guò)高速暫存存貯器。所有數(shù)據(jù)均以最低有效位在前的方式被讀寫(xiě)。 2. 寄生電源(parasite power) 圖 31 示出寄生電源電路。當(dāng) I/O 或 Vdd 引腳為高電平時(shí)，這個(gè)電路便取得電源，只要符合指定的定時(shí)和電壓要求，I/O 將提供足夠的功率。寄生電源的優(yōu)點(diǎn)是雙重的：1）利用此引腳，遠(yuǎn)程溫度檢測(cè)無(wú)需本地電源；2）缺少正常電源條件下也可以讀 ROM。 為了使 DS18B20 能完成準(zhǔn)確的溫度變換，當(dāng)溫度變換發(fā)生時(shí) I/O 線上必須提供足夠的功率。因?yàn)?DS18B20 的工作電流高達(dá) 1mA，5K 的上拉電阻將使 I/O 線沒(méi)有足夠的驅(qū)動(dòng)能力。如果幾個(gè) DS1820 在同一條 I/O 線上而且企圖同時(shí)變換，那么這一問(wèn)題將變得特別尖銳。 3. DS18B20 的運(yùn)用DS18B20 通過(guò)使用在板溫度測(cè)量專(zhuān)利技術(shù)來(lái)測(cè)量溫度。溫度測(cè)量電路的方框圖見(jiàn)圖 34 所示。DS18B20 通 過(guò) 門(mén) 開(kāi) 通 期 間 內(nèi) 低 溫 度 系 數(shù) 振 蕩 器 經(jīng) 歷 的 時(shí) 鐘 周 期 個(gè) 數(shù) 計(jì) 數(shù) 來(lái) 測(cè)量 溫 度，而 門(mén) 開(kāi) 通 期 由 高 溫 度 系 數(shù) 振 蕩 器 決 定。 計(jì) 數(shù) 器 予 置 對(duì) 應(yīng) 于 55 的 基 數(shù)，如 果 在 門(mén) 開(kāi) 通 期 結(jié) 束 前 計(jì) 數(shù) 器 達(dá) 到 零，那么溫度寄存器它也被予置到55 的數(shù) 值－將增量，指示溫度高于55。同時(shí)，計(jì) 數(shù) 器用 鈄 率 累 加 器電 路 所 決 定 的值 進(jìn) 行 予 置。為 了 對(duì) 遵 循拋 物 線 規(guī)律 的振 蕩 器 溫 度 特 性進(jìn) 行 補(bǔ) 償，這 種 電 路是 必 需 的，時(shí) 鐘 再 次使 計(jì) 數(shù) 器 計(jì)值 至 它達(dá) 到零。 如 果 門(mén) 開(kāi) 通 時(shí) 間 仍 未 結(jié) 束 ， 那么此過(guò)程再次重復(fù)。鈄率 累 加 器 用于 補(bǔ) 償 振 蕩 器溫 度 特 性 的 非線 性，以 產(chǎn)生 高 分 辯 率 的溫 度 測(cè) 量。通過(guò) 改 變 溫 度 每 升高 一 度，計(jì) 數(shù) 器 必 須經(jīng) 歷 的 計(jì) 數(shù)個(gè) 數(shù) 來(lái) 實(shí)行 補(bǔ) 償。因此，為 了獲得 所 需 的分 辯 率，計(jì)數(shù) 器 的 數(shù) 值 以 及 在 給 定 溫 度 處 每 一 攝 氏 度 的 計(jì) 數(shù) 個(gè) 數(shù) （ 鈄率 累 加 器 的 值 ） 二 者 都 必 須 知 道 。DS18B20 內(nèi)部對(duì)此計(jì)算的結(jié)果可提供 ℃的分辨力。溫度以 16bit 帶符號(hào)位擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式讀出，表 31 給出了溫度值和輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系。數(shù)據(jù)通過(guò)單線接口以串行方式傳輸。DS18B20 測(cè)溫范圍 55℃~+125 ℃，以 ℃遞增。如用于華氏溫度，必須要用一個(gè)轉(zhuǎn)換因子查找表。表 31溫度 數(shù)字輸出（二進(jìn)制） 數(shù)據(jù)輸出（16 進(jìn)制）+125 00000111 11111010 07D0h+ 00000001 10010001 0191h+1/2 00000000 00001000 0008h0 00000000 00000000 0000h1/2 11111111 11111000 FFF8h 11111110 01101111 FF6Fh55 11111100 10010000 FC90h 注意 DS18b20 內(nèi)溫度表示值為 1/2℃LSB ，如下所示 9bit 格式：最高有效（符號(hào)）位被復(fù)制充滿(mǎn)存儲(chǔ)器中兩字節(jié)溫度寄存器的高 MSB 位，由這種“符號(hào)位擴(kuò)展”產(chǎn)生出了示于表 1 的 16bit 溫度讀數(shù)。 可用下述方法獲得更高的分辨力。首先，讀取溫度值，將 ℃位（LSB ）從讀取的值中截去，這個(gè)值叫做 TEMP_READ。然后讀取計(jì)數(shù)器中剩余的值，這個(gè)值是門(mén)周期結(jié)束后保留下來(lái)的值（COUNT_REMAIN） 。最后，我們用到在這個(gè)溫度下每度的計(jì)數(shù)值（COUNT_PER_C） 。用戶(hù)可以用下面的公式計(jì)算實(shí)際溫度值：4 . 報(bào)警搜索操作 DS18B20 完成一次溫度轉(zhuǎn)換后，就拿溫度值和存儲(chǔ)在 TH 和 TL 中的值進(jìn)行比較。因?yàn)檫@些寄存器是 8 位的，所以 ℃位被忽略不計(jì)。TH 或 TL 的最高有效位直接對(duì)應(yīng) 16 位溫度寄存器的符號(hào)位。如果測(cè)得的溫度高于 TH 或低于 TL，器件內(nèi)部就會(huì)置位一個(gè)報(bào)警標(biāo)識(shí)。每進(jìn)行一次測(cè)溫就對(duì)這個(gè)標(biāo)識(shí)進(jìn)行一次更新。當(dāng)報(bào)警標(biāo)識(shí)置位時(shí)，DS18B20 會(huì)對(duì)報(bào)警搜索命令有反應(yīng)。這樣就允許許多DS18B20 并聯(lián)在一起同時(shí)測(cè)溫，如果某個(gè)地方的溫度超過(guò)了限定值，報(bào)警的器件就會(huì)被立即識(shí)別出來(lái)并讀取，而不用讀未報(bào)警的器件。 5 . 64 位光刻 ROM 每只 DS18B20 都有一個(gè)唯一的長(zhǎng)達(dá) 64 位的編碼。最前面 8 位是單線系列編碼（DS18B20 的編碼是 19h） 。下面 48 位是一個(gè)唯一的序列號(hào)。最后 8 位是以上 56 位的 CRC 碼。64 位 ROM 和 ROM 操作控制區(qū)允許 DS18B20 做為單線制器件并按照詳述于“單線總線系統(tǒng)”一節(jié)的單線協(xié)議工作。只有建立了 ROM 操作協(xié)議，才能對(duì) DS18B20 進(jìn)行控制操作。單線總線控制器必須提供 5 個(gè) ROM操作命令其中之一：1）Read ROM，2）Match ROM，3）Search Rom，4）Skip ROM，5）Alarm Search。成功進(jìn)行一次 ROM 操作后，就可以對(duì) DS18b20 進(jìn)行特定的操作，總線控制器可以發(fā)出六個(gè)存儲(chǔ)器和控制操作命令中的任一個(gè)。64 位光刻 ROM8 位 CRC 編碼 48 位序列號(hào) 8 位產(chǎn)品系列編碼MSB LSB MSB LSB MSB LSB6. CRC 發(fā)生器 DS18B20 中有 8 位 CRC 存儲(chǔ)在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中。總線控制器可以用 64 位 ROM 中的前 56 位計(jì)算出一個(gè) CRC 值，再用這個(gè)和存儲(chǔ)在DS18b20 中的值進(jìn)行比較，以確定 ROM 數(shù)據(jù)是否被總線控制器接收無(wú)誤。CRC計(jì)算等式如下： CRC=X8+X5+X4+1 DS18B20 同樣用上面的公式產(chǎn)生一個(gè) 8 位 CRC 值，把這個(gè)值提供給總線控制器用來(lái)校驗(yàn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。在任何使用 CRC 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸校驗(yàn)的情況下，總線控制器必須用上面的公式計(jì)算出一個(gè) CRC 值，和存儲(chǔ)在 DS18B20 的 64 位 ROM 中的值或 DS18B20 內(nèi)部計(jì)算出的 8 位 CRC 值（當(dāng)讀暫存器時(shí)，做為第 9 個(gè)字節(jié)讀出來(lái)）進(jìn)行比較。CRC 值的比較以及是否進(jìn)行下一步操作完全由總線控制器決定。當(dāng)在 DS18B20 中存儲(chǔ)的或由其計(jì)算的 CRC 值和總線控制器計(jì)算的值不相符時(shí)，DS18B20 內(nèi)部并沒(méi)有一個(gè)能阻止命令序列進(jìn)行的電路。 單線 CRC 可以用一個(gè)由移位寄存器和 XOR 門(mén)構(gòu)成的多項(xiàng)式發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生。 移位寄存器的各位都被初始化為 0。然后從系列編號(hào)的最低有效位開(kāi)始，一次一位移入寄存器，8 位系列編碼都進(jìn)入以后，序列號(hào)再進(jìn)入，48 位序列號(hào)都進(jìn)入后，移位寄存器中就存儲(chǔ)了 CRC 值。移入 8 位 CRC 會(huì)使移位寄存器復(fù) 0。 7. 存儲(chǔ)器 DS18B20 的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示于圖 32。存儲(chǔ)器由一個(gè)暫存 RAM 和一個(gè)存儲(chǔ)高低溫報(bào)警觸發(fā)值 TH 和 TL 的非易失性電可擦除（E2）RAM 組成。當(dāng)在單線總線上通訊時(shí)，暫存器幫助確保數(shù)據(jù)的完整性。數(shù)據(jù)先被寫(xiě)入暫存器，這里的數(shù)據(jù)可被讀回。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)校驗(yàn)后，用一個(gè)拷貝暫存器命令會(huì)把數(shù)據(jù)傳到非易性（E2）RAM 中。這一過(guò)程確保更改存儲(chǔ)器時(shí)數(shù)據(jù)的完整性。暫存器的結(jié)構(gòu)為 8 個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)器。頭兩個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息。第三和第四字節(jié)是 TH 和 TL 的拷貝，是易失性的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。下面兩個(gè)字節(jié)沒(méi)有使用，但是在讀回?cái)?shù)據(jù)時(shí)，它們?nèi)勘憩F(xiàn)為邏輯 1。第七和第八字節(jié)是計(jì)數(shù)寄存器，它們可以被用來(lái)獲得更高的溫度分辨力。還有一個(gè)第九字節(jié)，可以用讀暫存器命令讀出。這個(gè)字節(jié)是以上八個(gè)字節(jié)的 CRC 碼。圖 32 DS18b20 存儲(chǔ)器圖8. 單線總線系統(tǒng) 單線總線系統(tǒng)包括一個(gè)總線控制器和一個(gè)或多個(gè)從機(jī)。DS18B20 是從機(jī)。關(guān)于這種總線分三個(gè)題目討論：硬件結(jié)構(gòu)、執(zhí)行序列和單線信號(hào)（信號(hào)類(lèi)型和時(shí)序）。 單線總線只有一條定義的信號(hào)線；重要的是每一個(gè)掛在總線上的器件都能在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間驅(qū)動(dòng)它。為此每一個(gè)總線上的器件都必須是漏極開(kāi)路或三態(tài)輸出。DS18B20 的單總線端口（I/O 引腳）是漏極開(kāi)路式的，內(nèi)部等效電路見(jiàn)圖 33。一個(gè)多點(diǎn)總線由一個(gè)單線總線和多個(gè)掛于其上的從機(jī)構(gòu)成。單線總線需要一個(gè)約5KΩ 的上拉電阻。圖 33 硬件結(jié)構(gòu)單線總線的空閑狀態(tài)是高電平。無(wú)論任何理由需要暫停某一執(zhí)行過(guò)程時(shí)，如果還想恢復(fù)執(zhí)行的話(huà)，總線必必須停留在空閑狀態(tài)。在恢復(fù)期間，如果單線總線處于非活動(dòng)（高電平）狀態(tài)，位與位間的恢復(fù)時(shí)間可以無(wú)限長(zhǎng)。如果總線停留在低電平超過(guò) 480μs，總線上的所有器件都將被復(fù)位。 通過(guò)單線總線端口訪問(wèn) DS1820 的協(xié)議如下：