数字温度传感器DS18B20的原理与应用

1、项目十三 数字温度传感器ds18b20的应用 n ds18b20数字温度计是dallas公司生产的1wire，即单 总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一 个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样 的数字温度计，十分方便。 1、 ds18b20的主要特点 采用独特的“一线制”通信方式，信号符合ttl电平逻辑; 温度测量范围为-55 oc 125 oc，以0.5 oc增减。 内部有温度上、下限报警设置。 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。 可编程的温度转换分辨率，可根据应用需要在9 bit12 bit之间选取； 在12 bit温度转换分辨率下，温度转换时间

2、最大为750 ms; ds18b20采用节能设计，在等待状态下功耗近似为零。 64位rom； 8字节的高速暂存ram; 温度传感器； 非易失性温度报警触发器th和tl。 8位检验crc48位序列号8位工厂代码(10h) msbmsbmsbmsbmsbmsblsblsblsblsblsblsb 开始开始8 8位是产品类型的编号，接着是每个器件的位是产品类型的编号，接着是每个器件的 惟一的序号，共惟一的序号，共4848位，最后位，最后8 8位是前面位是前面5656位的位的crccrc 检验码，这也是多个检验码，这也是多个ds18b20ds18b20可以采用一线进行可以采用一线进行 通信的原因。非易

3、失性温度报警触发器通信的原因。非易失性温度报警触发器thth和和tltl， 可通过软件写入户报警上下限。可通过软件写入户报警上下限。 温度lsb 温度msb th用户字节1 th用户字节2 配置寄存器 保留 保留 保留 crc 字节字节1 1 字节字节2 2 字节字节3 3 字节字节4 4 字节字节5 5 字节字节6 6 字节字节7 7 字节字节8 8 字节字节9 9 ds18b20的内部存储器还包 括一个高速暂存ram和一个非 易失性的可电擦除eeprom。 高速暂存ram的结构为字节 的存储器，结构如右： 字节1、2:为温度信息； 字节3、4:是th、tl的拷贝， 是易失的，每次上电复位时

4、 被刷新； 字节5:用于确定温度值的数 字转换分辨率； 字节的内容确定ds18b20工作时按此寄存器中的分辩率 将温度转换为相应精度的数值。低位一直为， 是测试模式位，用于设置ds18b20在工作模式还是在测试 模式。在出厂时该位被设置为，用户不要去改动，r1 和r2决定温度转换的精度位数。 tmr1r211111 r1r2分辨率位温度最大转换时间ms 00993.75 0110187.5 1011375 1112750 ds18b20温度转换的时间比较长，而且设 定的分辨率越高，所需的温度转换时间就 越长。因此，在实际应用中要将分辨率和 转换时间权衡考虑。 高速暂存ram的第、字节保留 未用

5、，表现为全逻辑。第字节读出前 面所有个字节的crc码，用来检验数据， 从而保证通信数据的正确性。 当ds18b20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完 成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高 速暂存ram中第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数 据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.06250c/lsb 形式表示，温度值格式如下： 232221202-12-22-32-4 sssss262524 lsblsb msbmsb 当符号位当符号位s=0s=0时时，表示测得的温度值为正值，可直，表示测得的温度值为正值，可直 接将其转换为十进制数。接将其转换为十进制

6、数。 当符号位当符号位s=1s=1时时，表示测得的温度值为负值，要先，表示测得的温度值为负值，要先 将补码变成原码，再计算十进制数。将补码变成原码，再计算十进制数。 ds18b20完成温度转换后，就把测得的温度值与ram中的th、tl字 节内容作比较。若值高于th或低于tl，则将该器件的报警标志位置 位，并对主机发出报警搜索命令作出响应。因此，可用于多只 ds18b20同时测量温度并进行报警搜索。 温度/0c二进制表示十六进制表示 +25.06250000 0001 1001 00010191h +10.1250000 0000 1010 001000a2h 00000 0000 0000 0

7、0000000h -0.51111 1111 1111 1000fff8h -10.1251111 1111 0101 1110ff5eh -25.06251111 1110 0110 1111fe6fh 由于ds18b20采用的是1wire总线协议方式， 即在一根数据线实现数据的双向传输，而对 at89s51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议， 因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协 议时序来完成对ds18b20芯片的访问。 由于ds18b20是在一根i/o线上读写数据，因此， 对读写的数据位有着严格的时序要求。ds18b20有 严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完 整性。

8、该协议定义了几种信号的时序： 初始化时序、读时序、写时序。所有时序都 是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而 每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时 序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写 命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和 命令的传输都是低位在先。 主机接收所需最短时间主机接收所需最短时间480us480us ds18b20ds18b20发出发出 应答脉冲应答脉冲 主机发出复位脉冲主机发出复位脉冲 最小值：最小值：480us480us 最大值：最大值：960us960us 60 - 240us60 - 240us ds18b20ds18b20等待等待 15 - 6

9、0us15 - 60us vddvdd gndgnd ds18b20ds18b20复位时序图复位时序图 总线控制器低电平总线控制器低电平 ds18b20ds18b20低电平低电平 电阻上拉电阻上拉 与与ds18b20ds18b20间的任何通讯都需要以初始化序列开间的任何通讯都需要以初始化序列开 始，一个复位脉冲跟着一个存在脉冲表明始，一个复位脉冲跟着一个存在脉冲表明ds18b20ds18b20已已 经准备好发送和接收数据。经准备好发送和接收数据。 vccvcc gndgnd 15us15us15us15us30us30us 主主cpucpu读读0 0时隙时隙主主cpucpu读读1 1时隙时隙

10、主主cpucpu采样采样 15us15us 1us1us 主主cpucpu采样采样 对于ds18b20的读时序分为读0时序和读1时序两个过 程。对于ds18b20的读时隙是从主机把单总线拉低之后， 在15us之内就得释放单总线，以让ds18b20把数据传输 到单总线上。ds18b20在完成一个读时序过程，至少需 要60us才能完成。 对于ds18b20的写时序仍然分为写0时序和写1时 序两个过程。对于ds18b20写0时序和写1时序的要求 不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保 证ds18b20能够在15us到45us之间能够正确地采样io 总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之 后，在15us之内就得释放单总线。 基于基于ds18b20的数字温度计硬件结构图，如上图所示。的数字温度计硬件结构图，如上图所示。 dsl8b20采用外接电源方