DS18B20说明书

1、附录 1:DS18B2M 单线智能温度传感器简介由美国 DALLAS 半导体公司生产的 DS18B20 型单线智能温度传感器，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器， 可广泛用于工业、 民用、 军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中，例如多路温度测控仪、中央空调、大型冷库、恒温装置等。此外巧妙利用 DS18B20 内部 64 位激光 ROM 中具有惟一性的 48 位产品序号，还可设计成专供大型宾馆客房或军事仓库使用的保密性极佳的电子密码锁。DS18B20 的电源电压范围均扩展到+3+5.5V,DS18B20 还能对温度分辨力进行编程，选择 9 位12 位模式下工作，在 12 位模

2、式下的最高分辨力可达 0.0625o下面介绍 DSl8B20 的性能特点和工作原理。1.1DS18B20 的性能特点（1）DSl8B20 采用 DALLAS 公司独特的“单线（1-Wire）总线”专有技术，通过串行通信接口（I/O）直接输出被测温度值（9 位二进制数据，含符号位）。（2）在测温范围是-55+125C 时，测量误差不超过虫 C,在-10+85C 范围内，可确保测量误差不超过 10.5Co 温度/数字量转换时间的典型值仅需93.75ms,比 DS1820 有很大的提高.（3）内含 64 位经过激光修正的只读存储器 ROM,扣除 8 位产品系列号和8 位循环冗余校验码 CRC 之后，

3、产品序号占 48 位。出厂前就作为 DSl8B20 惟一的产品序号，存入其 ROM 中。在构成大型温控系统时，允许在单线总线上挂接多片 DSl8B20。（4）适配各种单片机或系统机。（5）用户可分别设定各路温度的上、下限并写入随机存储器 RAM 中。利用报警搜索命令和寻址功能，可迅速识别出发生了温度越限报警的器件。（6）内含寄生电源。该器件既可由单线总线供电，亦可选用外部+5V 电源（允许电压范围是 3.05.5V）,进行温度/数字转换时的工作电流约为 1.5mA,待机电流仅 25uA,典型功耗为 5mW。1.2DS18B20 的工作原理DSl8B20 的原理与 DS1820 的原理是一样的。

4、DS18B20 继承了 DS1820 的所有优点。DS18B20 采用 3 脚 PR35 封装或 8 脚 SOIC 封装，引脚排列如图 11 所示。I/O 为数据输入/输出端（即单线总线），它属于漏极开路输出，外接上拉电阻后，常态下呈高电平。UDD是可供选用的外部+5V 电源端，不用时需接地。GND 为地，NC 为空脚。其内部框图如图 12 所示。主要包括 7 部分：寄生电源；温度传感器；64 位激光（laser）ROM 与单线接口；高速暂存器,即便笺式 RAM,用于存放中间数据；TH触发寄存器和TL触发寄存器，分别用来存储用户设定的温度上、下限 tH、tL值；存储与控制逻辑；8 位循环冗余校

5、验码（CRC）发生器。下面分别介绍各部分的工作原理。图 1-1DS1820/DS18B20 的引脚排列(a)PR35 封装(b)SOIC 封装 存储器与控制逻辑存储器与控制逻辑图 12DS18B20 的内部框图（1）寄生电源寄生电源由二极管 VD1、VD2和寄生电容 C 所组成。电源检测电路用于判定供电方式并输出相应的逻辑电平（“0”表示用寄生电源供电，“1”表示由外部电源供电），以便高速暂存器能够读出数据和命令。采用寄生电源供电时UDD端需接地，DS18B20 就从单线总线上获取电源。当 I/O 线为高电平时 VD1导通，VD2截止，除向 DSl8B20 供电外，还把部分电储存在 C 中。当

6、 I/O 线呈低电(b)I/OVO1内内濡濡UDDM 位位 ROM与单与单线接口线接口EVD2(a)C温度传感器温度传感器高温触发器高温触发器低潟触发器低潟触发器平时，VDI截止，改由 C 上的电压 Uc 继续向 DSl8B20 供电，该寄生电源有两个显著优点：第一，检测远程温度时无须本地电源；第二，在缺少正常电源时也能读 ROMo使用寄生电源时应注意，在温度转换期间 uP,应使 I/O 线保持高电平。若使用外部电源UDD,就通过 VD2 向器件供电，此时 VDi 截止。图 13 示出 N 片DS18B20 与 80C31 单片机的接线， R 为上拉电阻， 典型值可取 5.1k或 4.7kQo

7、80C31 （主CPU）和 DS18B20 所用的电源电压，分另用 Ucc、UDD表示，下同。现将 8031 单片机 P1口中的 P1.0端接单线总线，加总线驱动电源后，理论上总线最多可挂接 248片 DSl8B20。80C31 依次发出操作指令，各片 DSl8B20 即可在 200500ms 之内完成温度转换。+5V图 13 多片 DS1820(DS18B20)与 80C31 的接线（2）测温电路原理DSl8B20内部测温电路框图如图 14所示。 低温度系数振荡器用于产生稳定的频率？0,高温度系数振荡器则相当于 T/?转换器，能将被测温度 t 转换成频率信号？0图中还隐含着计数门，当计数门打

8、开时，DSl8B20 就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲?0进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定。每次测量前，首先将-55C 所对应的基数分别置入减法计数器、温度寄存器中。在计数门关闭之前若计数器已减至零，温度寄存器中的数值就增加0.5C。然后，计数器依斜率累加器的状态置入新的数值，再对时钟计数，然后减至零，温度寄存器值又增加 0.5C。只要计数门仍未关闭，就重复上述过程，直至温度寄存值达到被测温度值。这就是 DSl8B20 的测温原理。斜率累加器能对振荡器的非线性予以补偿，提高测量准确度。需要指出，温度值本应为 9 位（其中，符号占一位），但因符号位又被扩展成

9、高 8 位，故实际以 16 位补码的形式读出。其中，高 8 位代表符号，“0”表示 t0C,T 表示 ttH 或 ttH）,或者低于下限（ttL）O上电时，IJSl820 预置报警条件为设置状态，直到首次温度测量结果既不超过 tH,也不低于 tL时，报警信号才被解除。此次设计只需用到 CCH 命令。如下图 4-2 所示。主CPU发送复位脉冲图 18 跳过 ROM 的操作流程图4、DS1820 的通信协议DSl820 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。通信协议规定了复位脉冲、应答脉冲、写 0、写 1、读 0 和读 1 等几种信号的时序。除了应答脉冲，其余信号均由主 CPU 控制

10、。在DSl820 进彳 TROM 及 RAM 操作之前，主 CPU 首先发出一个复位脉冲（最小脉冲宽度为 480 肉的低电平信号）；然后主 CPU 便释放单线总线（I/O 线），使之处于接收状态。单线总线经过上拉电阻被拉至高电平。当 DSl820 检测到 I/O端的上升沿后，就等待 1560g 再向主 CPU 发出应答脉冲（60240 肉的低电平信号）。在初始化过程中，复位脉冲与应答脉冲的波形参见图 4-1。5、存储器操作命令存储器操作命令共 6 条，具体如下：(1)温度转换命令(CONVERTT)44H。令 DS1820 进行温度转换。如果主 CPU 在该命令之后为读时序，那么只要 DSl8

11、20 正忙于进行温度转换，即读得“0”；当温度转换完成时，DSl820 则返回“1。假如由寄生电源给 DSl820 供电，主 CPU 在发出该命令后立即将单线总线拉成高电平，并且保持 500ms 时间，以便在温度转换期间给 DSl820 提供所需要的电源。(2)读暂存存储器(READSCRATCHPAD)BEH。该命令为读暂存存储器 9个字节的内容。从字节 0 开始读，直至读到字节 8。主 CPU 可以在读暂存存储器期间发出一个复位脉冲来终止读操作。(3)写暂存存储器(WRITESCRATCHPAD)4EH。 该命令发出后， 主CPU送给DSl820的两个字节数据就分别写入丁 H 触发寄存器和

12、 Tl 触发寄存器中，顺序是先写 TH,后写 TL。主 CPU 也可以在写暂存存储器期间发出一个复位脉冲来终止写操作。(4)复制暂存存储器(COPYSCRATCHPAD)48H。该命令把触发寄存器中的 TH、TL字节分别复制到 E2RAM 的 TH、TL 字节上。若主 CPU 发出该命令后又进行读操作，只要DSl820 正忙于复制，主 CPU 就读彳导00”；当复制工作完成后，DSl820 又返回“1”。如果由寄生电源供电，主 CPU 在发出该命令后就把单线总线拉到高电平，并保持 10ms。(5)重新调出 E22RAM(RECALLE2RAM)B8H。该命令是把存储在 E2RAM 温度触发器

13、TH、TL 内的数据重新调入暂存存储器的 TH、TL 字节。每次 DSl820上电时也自动进行这种操作。因此，只要器件接通电源，暂存存储器的 TH 和TL 中已经有有效的数据供使用。若主 CPU 在发出该命令之后又进行读操作，只要 DSl820 正忙于进行调出，主 CPU 就读得“0”(表示“忙碌”)；完成调出操作后DSl820 即返回“1”(表示“操作完毕”)。(6)读电源(READPOWERSUPPLY)B4H。 此项命令发送给 DSl820 之后， 对主 CPU发出的每一条读命令， DSl820 都向主 CPU 提供电源方式信号“0”(表示由寄生电源供电)或者“1”(表示由外部电源供电)

14、。6、读/写时序主 CPU 通过时序(亦称作“时间片”)来写入或读出 DSl820 中的数据。时序用于传输数据位和指定进行何种操作的命令字。(1)写时序。主 CPU 把 I/O 线(即单线总线，亦称数据线)从高电平拉至低电平时，作为一个写周期的开始。写时序包括两种类型：写 1 时序，写 0 时序。写 1 或写 0 时序时必须保持至少 60 因，在两个写周期之间至少要有 1 肉的恢复期。DSl820 在 I/O 线变为低电平后的 1560s 的时间内进行采样。若 I/O 线为高电平，即认为写入了一位 1;若 I/O 线为低电平，即认为写入了一位 0。写时序的波形如图 4-3a 所示。主 CPU

15、在开始写 1 周期时，必须将 I/O 线拉至低电平，然后再释放，15 肉内将 I/O 线拉成高电平。主 CPU 在开始写 0 周期时，也应将I/O 线拉至低电平，并保持 60 的的时间。(a)写时序(b)读时序(2)读时序。当主 CPU 将 I/O 线从高电平拉成低电平时，就作为一个读周期的开始，并且 I/O 线保持低电平的时间至少为 1 的。DS1820 的输出数据在读时序下降沿过后的 15 的内有效。在此期间，主 CPU 应释放 I/O 线，使之处于输入状态以便读取数据。经过 15 肉后读时序结束，I/O 线经外部上拉电阻又变成高电平。读取一位数据至少需要 60 的时间，并且在两位数据之间

16、至少要有 1 步的恢复期。读时序的波形如图 4-3b 所示。令初始化时间为TINIT,电路的时间常数为TRC。主 CPU 的采样时间为TSAMPLE,高电平的闽值电压为UIH。 在如图 4-4 所示主 CPU 读一位数据的波形中， 要求TINIT+TRC+TSAMPLE15因。经过改进后，主 CPU 读一位数据的波形如图 4-5 所示，采用尽量缩短TINIT、TRC的周期并把主 CPU 采样期安排到末尾的方法，可以使总线有更充裕的稳定时间。7、读/写时间片DS1820 的读/写时间片如图 19 所示。这里讲的“时间片”(timeslot)亦称时间间隙，简称时隙。该图对其他类型的单线智能温度传感

17、器也适用。图中，tsLOT代表时间片，TREC为恢复时间。TLOW0tLOWl分别表不在写 0、写 1 时单线总线保持低电平的时间。tRDV为读数据有效时间。tRSTL为复位信号的低电平时间。tPDH1GH、tPDLOW分别表示应答信号的高、低电平时间。图 111 改进后一位数据的波形图15Us图 110 读一位数据的波形图8、复位子程序的编写复位于程序入口复位于程序入口P3.3-0图 112 复位子程序复位子程序的编写：CLRP3.3LCALLYS600 因SETBP3.3LCALLYS20 肉 RET9、写一字节子程序写一字节就是要对 DS1820 连续写入 8 位数据， 写 1 位数据已经在前节中作了详细的介绍，这里不再论述。图 113 为写字节的流程图。在编写程序时，首先把要写入的字节送入 A 中，然后执行以下程序：YS10usP3.3v0A右移1位YS6911sWRZC:MOVR0,#08HWR0:SETBP3.3NOPCLRP3.3RRCAJNCWR1SETBP3.3WR1:MO