【文章內(nèi)容簡介】 芯片介紹 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有 LTM8877， LTM8874 等等。主要根據(jù)應用場合的不同而改變其外觀。封裝后的 DS18B20 可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域 “ [5]” 。 DS18B20 芯片特征 DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器，即“一線器件”，其具有獨特的優(yōu)點： （ 1 ）采用單總線的接口方式 與微處理器連接時 僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 單總線具有經(jīng)濟性好，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，使用方便等優(yōu)點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 （ 2 ）測量溫度范圍寬，測量精度高 DS18B20 的測量范圍為 55 ℃ ~+ 125 ℃ ； 在 10~+ 85176。 C 范圍內(nèi)，精度為 177。 176。 C 。 （ 3 ）在使用中不需要任何外圍元件。 （ 4 ）持多點組網(wǎng)功能 多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的單線上，實現(xiàn)多點測溫。 （ 5 ）供電方式靈活 DS18B20 可以通過內(nèi)部寄生電路從數(shù)據(jù)線上獲取電源。因此，當數(shù)據(jù)線上的時序滿足一定的要求時，可以不接外部電源，從而 使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。 （ 6 ）測量參數(shù)可配置 DS18B20 的測量分辨率可通過程序設定 9~12 位。 （ 7 ）負壓特性電源極性接反時， 溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 （ 8 ）掉電保護功能 DS18B20 內(nèi)部含有 EEPROM ，在系統(tǒng)掉電以后，它仍可保存分辨率及報警溫度的設定值。 DS18B20 具有體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟、可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍，適合于構(gòu)建自己的經(jīng)濟的測溫系統(tǒng)，因此也就被設計者們所青睞。 注：單總線特點 —— 單總線即只有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換，控制都由這根線完成。 單總線通常要求外接一個約為 — 10K 的上拉電阻，這樣，當總線閑置時其狀態(tài)為高電平“ [6]” 。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 主要由 4 部分組成： 64 位 ROM、溫度寄存器、溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 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，每個 DS18B20 的 64 位序列號均不相同。 64 位 ROM 的排的循環(huán)冗余校驗碼（ CRC=X^8＋X^5＋ X^4＋ 1）。 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。 8 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 硬件構(gòu)造 單總線系統(tǒng)只 有一條定義的信號線。每一個總線上的器件必須是漏極開路或三態(tài)輸出。這樣的系統(tǒng)允許每一個掛在總線上的區(qū)間都能在適當?shù)臅r間驅(qū)動它。 DS18B20 的單總線端口（ DQ 引腳）是漏極開路式的，單總線需要一個約 5KΩ的外部上拉電阻；單總線的空閑狀態(tài)是高電平。無論任何理由需要暫停某一執(zhí)行過程時，如果還想恢復執(zhí)行的畫，總線必須停留在空閑狀態(tài)。在恢復期間，如果單總線處于非活動（高電平）狀態(tài)，位與位間的恢復時間可以無限長。如果總線停留在低電平超過 480us，總線上的所有器件都將被復位。 圖 DS18B20 硬件構(gòu)造圖 “ [7]” 9 DS18B20 引腳排列 圖 DS18B20 引腳排列圖“ [8]” 1. GND 為電源 地； 2. DQ 為數(shù)字信號輸入／輸出端； 3. VDD 為外接供電電源輸入口 ； DS18B20 芯片各部分介紹 (1) 64BIT ROM AND 1wire PORT 每個 DS18B20 都有一個唯一儲存在 ROM 中的 64 位編碼。最前面 8 位是單線系列編碼：28h。接著的 48 位是一個唯一的序列號。最后 8 位是以上 56 位的 CRC 編碼。 64 位 ROM 和ROM 操作控制區(qū)允許 DS18B20 作為單總線器件并按照單總線協(xié)議工作。 64BIT ROM AND 1wire PORT 8 位 CRC 48 位序列號 8 位系列碼 (2) SCRATCHPAD SCRATCHPAD 有一個溫度寄存器，高低溫報警觸發(fā)器以及配置寄存器組成。當報警功能不使用時， TH 和 TL 寄存器可以被當作普通寄存器使用。字節(jié) 0 和字節(jié) 1 為測得溫度信息的 LSB 和 MSB。這兩個字節(jié)是只讀的。第 2 和第 3 字節(jié)是 TH 和 TL 的拷貝。位 4 包含配置寄存器 數(shù)據(jù)，其被詳述于配置寄存器節(jié)。字節(jié)第 5， 6 和 7 位被器件保留，禁止寫入；這些數(shù)據(jù)在讀回時全部表現(xiàn)為邏輯 1。高速暫存器的位 8 是只讀的，包含以上八個字節(jié)的CRC 碼， CRC 的執(zhí)行方式如 CRC 發(fā)生器節(jié)所述。數(shù)據(jù)通過寫暫存器指令 [4Eh]寫入高速暫 10 存器的 2， 3 和 4 位；數(shù)據(jù)必須以位 2 為最低有效位開始傳送。為了完整的驗證數(shù)據(jù)，高速暫存器能夠在數(shù)據(jù)寫入后被讀?。ㄊ褂米x暫存器指令 [BEh]）。在讀暫存器時，數(shù)據(jù)以字節(jié) 0為最低有效位從單總線移出?？偩€控制器傳遞從暫存器到 EEPROMTH,TL 和配置數(shù)據(jù)必須發(fā)出拷貝暫存器指令 [48h]。 EEPROM 寄存器中的數(shù)據(jù)在器件掉電時仍然保存；上電時，數(shù)據(jù)被載入暫存器。數(shù)據(jù)也可以通過召回 EEPROM 命令從暫存器載入 EEPROM。總線控制器在發(fā)出這條命令后發(fā)出讀時序， DS18B20 返回 0 表示正在召回中，返回 1 表示操作結(jié)束。 圖 存儲器圖“ [9]” (3) 配置寄存器 存儲器的第 4 位為配置寄存器。用戶可以通過按 下圖 所示設置 R0 和 R1 位來設定DS18B20 的精度。上電默認設置： R0=1,R1=1（ 12 位精度）。 注意：精度和轉(zhuǎn)換時間之間有直接的關(guān)系。暫存器的 位 7 和位 04 被器件保留，禁止寫 入；在讀回數(shù)據(jù)時，它們?nèi)勘憩F(xiàn)為邏輯 1。 圖 配置寄存器組成圖 圖 溫度計精確度配置圖 11 （ 4） CRC 發(fā)生器 CRC 字節(jié)作為 DS18B2064 位 ROM 的一部分存儲在存儲器中。 CRC 碼由 ROM 的前 56 位計算得到，被包含在 ROM 的重要字節(jié)當中。 CRC 由存儲在存儲器中的數(shù)據(jù)計算得到，因此當存儲器中的數(shù)據(jù)發(fā)生改變時， CRC 的值也隨之改變。 CRC 能夠在總線 控制器讀 DS18B20時進行數(shù)據(jù)校驗。為校驗數(shù)據(jù)是否被正確讀取，總線控制器必須用接受到的數(shù)據(jù)計算出一個CRC 值，和存儲在 DS18B20 的 64 位 ROM 中的值（讀 ROM 時）或 DS18B20 內(nèi)部計算出的 8 位 CRC 值（讀存儲器時）進行比較。如果計算得到的 CRC 值和讀取出來的 CRC 值相吻合，數(shù)據(jù)被無錯傳輸。 CRC 值的比較以及是否進行下一步操作完全由總線控制器決定。 12 第三章 DS18B20 代碼指令介紹及程序設計 通過單線總線端口訪問 DS18B20 的協(xié)議如下： 步驟 1. 初始化 步驟 2. ROM 操作指令 步驟 3. DS18B20 功能指令 每一次 DS18B20 的操作都必須滿足以上步驟，若是缺少步驟或是順序混亂，器件將不會返回值。 程序設計流程圖： 13 DS18B20 初始化 通過單總線的所有執(zhí)行操作處理都從一個初始化序列開始。初始化序列包括一個由總線控制器發(fā)出的復位脈沖和其后由從機發(fā)出的存在脈沖。存在脈沖讓總線控制器知道DS18B20 在總線上且已準備好操作。 圖 初始化時序圖“ [10]” 本次實驗設 計的初始化程序： // //空操作 // void NOP(void) { } // //向 DS18B20 發(fā)送 RESET 脈沖（低脈沖） //主機通過把 TX 拉低至少 480us 來發(fā)送 RESET 脈沖。 // void DS18B20_RESET(void) { DQ=0。 Delay(1000)。 //拉低保持 500us DQ=1。 //發(fā)送完 RESET 脈沖后，主機等待 15us 至 60us 的時間以等待 DS18B20 回復 PRESENCE信號。 Delay(40)。//等待約 20us return。 } // //檢測 DS18B20 回應的 PRESENCE 脈沖 //該低脈沖持續(xù) 60us 至 240us 的時間。 // 14 void DS18B20_PRESENCE(void) { while(DQ==1)//DS18B20 仍然沒回應 PRESENCE 信號 { NOP()。 } while(DQ==0)//DS18B20 發(fā)送了 PRESENCE 信號，該信號持續(xù) 60us~240us { NOP()。 } return。 } DS18B20 讀寫操作 主機發(fā)出各種操作命令，但各種操作命令都是向 DS18B20 寫 0 和寫 1 組成的命令字節(jié)，接收數(shù)據(jù)時也是從 DS18B20 讀取 0 或 1 的過程。因此首先要搞清主機是如何進行寫 0、寫 讀 0 和讀 1 的。 寫操作：寫周期最少為 60 微秒，最長不超過 120 微秒。寫周期一開始做為主機先把總線拉低 1 微秒表示寫周期開始。隨后若主機想寫 0，則繼續(xù)拉低電 平最少 60 微秒直至寫周期結(jié)束，然后釋放總線為高電平。若主機想寫 1，在一開始拉低總線電平 1 微秒后就釋放總線為高電平，一直到寫周期結(jié)束。而做為從機的 DS18B20 則在檢測到總線被拉底后等待 15微秒然后從 15us 到 45us 開始對總線采樣，在采樣期內(nèi)總線為高電平則為 1，若采樣期內(nèi)總線為低電平則為 0“ [11]”。 圖 寫操作圖“ [12]” 寫操作程序： // //write 0 slot：每次調(diào)用后向 DS18B20 寫一次‘ 0’ // void write_0(void) { DQ=0。 //寫 0 時隙，必須拉低持續(xù)至少 60us Delay(120)。 //維持 60us 15 DQ=1。//發(fā)送結(jié)束，單總線復位 39。139。 NOP()。 NOP()。 NOP()。 NOP()。 NOP()。 NOP()。 return。 } // //write 1 slot：每次調(diào)用后向 DS18B20 寫一次‘ 1’ // void write_1(void) { DQ=0。 //寫 1 時隙，拉低至少一個 1us，然后