温度传感器18B20

温度采集电路设计温度采集电路设计 跟以往的采用 A D 转换器进行温度测量不同的是 本系统采用的是一线协 议器件 DS18B20 进行温度测量 测量的方法不同 温度采集不同 2 2 1 温度采集芯片简介温度采集芯片简介 DS1820 数字温度计提供 9 位温度读数 指示器件的温度 信息经过单线接 口送入 DS1820 或从 DS1820 送出 因此从中央处理器到 DS1820 仅需连接一条 线 和地 读 写和完成温度变换所需的电源可以由数据线本身提供 而不需 要外部电源 因为每一个 DS1820 有唯一的系列号 因此多个 DS1820 可以存在 于同一条单线总线上 这允许在许多不同的地方放置温度灵敏器件 此特性的 应用范围包括 HVAC 环境控制 建筑物 设备或机械内的温度检测 以及过程 监视和控制中的温度检测 1 DS18B20 特性特性 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯 无需外部器件 零待机功耗 测温范围 55 1250 以 0 5 递增 华氏温度范围 67 至 257 以 0 9 递增 温度以 9 位数字量读出 温度数字量转换时间 200ms 典型值 用户可定义的非易失性温度报警设置 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度 温度报警条件 的器件 应用包括温度控制 工业系统 消费品 温度计或任何热感测系统 2 DS18B20 引脚结构及说明引脚结构及说明 DS18B20 引脚结构如图 2 5 所示 图 2 5 引脚结构 引脚说明 引脚说明 GND 接地 DQ 数据输入 输出脚 VDD 外接供电电源输入端 在寄生电源接线方式时接地 DS1820 通过一个单线接口发送或接收信息 因此在中央微处理器和 DS1820 之间仅需一条连接线 加上地线 用于读写和温度转换的电源可以从 数据线本身获得 无需外部电源 因为每个 DS1820 都有一个独特的片序列号 所以多只 DS1820 可以同时连 在一根单线总线上 这样就可以把温度传感器放在许多不同的地方 这一特性 在 HVAC 环境控制 探测建筑物 仪器或机器的温度以及过程监测和控制等方 面非常有用 2 2 2 工作原理工作原理 1 测温原理测温原理 测温原理如图 2 6 所示 BOTTOM VIEW GND DQ VDD 斜斜坡坡累累加加器器 预预置置比比较较 低低温温度度系系数数振振荡荡器器计计数数器器预预置置 0 0 温温度度存存储储器器 高高温温度度系系数数振振荡荡器器计计数数器器 0 0 停停止止 增增加加 L LS SB B置置位位 清清零零 图 2 6 测温原理 2 DSl820 工作过程及时序工作过程及时序 初始化 初始化 初始化 RoM 操作命令存储器操作命令处理数据单总线上的所有处理均从初 始化开始 总线主机检测到 DSl820 的存在便可以发出 ROM 操作命令之一这些 命令如下 ROM 操作品令 指令名称代码功能 读 ROM33H在口线上接一个器件时读其 ROM 码 匹配 ROM55H找出某个指定 ROM 码的器件 跳过 ROMCCH对口线上所有器件的操作 搜索 ROMF0H口线上有多个器件时 找出每个器件 ROM 码 告警搜索ECH找出各器件是否超限 存储器操作命令 指令名称代码功能 写暂存存储器4EH主机向存储器中 TH TL 和配置寄存器写数据 读暂存存储器BEH主机连续读 0 8 存储器中内容 复制暂存存储器48H 复制 TH TL 和配置寄存器内容到 EEPROM 中 温度变换44H启动温度转换 重新调出B8H 从 EEPROM 中调出 TH TL 和配置寄存器数 据到存储器中 读电源B4H器件向主机发送它的供电方式 时序时序 主机使用时间隙来读写 DSl820 的数据位和写命令字的位 初始化 初始化时序见图 2 7 主机总线 to 时刻发送一复位脉冲 最短为 480us 的低电 平信号 接着在 tl 时刻释放总线并进入接收状态 DSl820 在检测到总线的上升沿 之后等待 15 60us 接着 DS1820 在 t2 时刻发出存在脉冲 低电平持续 60 240 us 如图中虚线所示 t t1 1t t2 2t t3 3t t4 4t t0 0 4 40 00 0 s s 9 96 60 0 s s 6 60 0 s s 2 24 40 00 0 s s 1 15 5 s s 6 60 0 s s 4 48 80 0 s s 图 2 7 初始化时序图 写时间隙 当主机总线 t o 时刻从高拉至低电平时就产生写时间隙见图 2 5 1 图 2 5 2 从 to 时刻开始 15us 之内应将所需写的位送到总线上 DSl820 在 t0 后 15 60us 间 对总线采样若低电平写入的位是 0 见图 2 8 1 若高电平写入的位是 1 见图 2 8 2 连续写 2 位间的间隙应大于 1us 6 60 0 s s 1 15 5 s s 1 1 s s 6 60 0 s s 1 15 5 s s 4 45 5 s s 1 1 s s 1 15 5 s s 6 60 0 s s t t0 0 t t1 1 t t0 0 t t1 1 图 2 8 1 写 0 时序 图 2 8 2 写 1 时序 读时间隙 见图 2 9 主机总线 t0 时刻从高拉至低电平时总线只须保持低电平 l7us 之后 在 t1 时刻将总线拉高产生读时间隙 读时间隙在 t1 时刻后 t2 时刻前有效 t2 距 t0 为 15us 也就是说 t2 时刻前主机必须完成读位并在 t0 后的 60us 120us 内释放总 线 读位子程序 读得的位到 C 中 t t0 0t t1 1t t2 2t t3 3 6 60 0 s s 1 15 5 s s 1 1 s s 主主机机起起作作用用 D DS S1 18 8B B2 20 0起起作作用用 上上拉拉电电阻阻起起作作用用 图 2 9 读时序 2 2 3 温度采集温度采集电路电路 DS18B20 工作可采用两种供电方式 外接供电电源供电和寄生电源供电 当 DS18B20 处于写存储器操作和温度 A D 变换操作时 总线上必须有强上拉 1 采用寄生电源供电采用寄生电源供电 采用寄生电源供电 如图 2 10 所示 P2 0 口接单线总线 为保 证在有效 DS18B20 时 钟周期内提供足够的 电流 可用一个 MOSFET 管和 AT89S52 的 p2 0 来完 成对总线的上拉 采用寄生电源供电方式 图 2 10 寄生 电源供电 时 VDD 和 CND 端 均接地 由于单线制只有一根线 因此发送接收口必须是 二态的 2 采用外部电源