18B20温度传感器应用解析重点

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18B20温度传感器应用解析

原创

V2.0 2007.3.16

DS18B20

原创

温度传感器的种类众多,在应用与高精度、高可靠性的场合时DALLAS(达拉斯公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。超小的体积,超低的硬件开消,抗干扰能力强,精度高,附加功能强,使得DS18B20更受欢迎。对于我们普通的电子爱好者来说,DS18B20的优势更是我们学习单片机技术和开发温度相关的小产品的不二选择。了解其工作原理和应用可以拓宽您对单片机开发的思路。

DS18B20的主要特征:

全数字温度转换及输出。

先进的单总线数据通信。

最高12位分辨率,精度可达土0.5摄氏度。

12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。

可选择寄生工作方式。

检测温度范围为–55°C ~+125°C (–67°F ~+257°F 内置EEPROM,限温报警功能。

64位光刻ROM,内置产品序列号,方便多机挂接。多样封装形式,适应不同硬件系统。

DS18B20芯片封装结构:

图1

DS18B20引脚功能:

·GND电压地 ·DQ单数据总线 ·VDD电源电压 ·NC空引脚

DS18B20工作原理及应用:

DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上,从而抗干扰力更强。其一个工作周

期可分为两个部分,即温度检测和数据处理。在讲解其工作流程之前我们有必要了解18B20的内

部存储器资源。18B20共有三种形态的存储器资源,它们分别是:

ROM只读存储器,用于存放DS18B20ID编码,其前8位是单线系列编码

(DS18B20的编码是

原创 19H,后面48位是芯片唯一的序列号,最后8位是以上56的位的CRC码(冗余校验。数据在

出产时设置不由用户更改。DS18B20共64位ROM。

RAM数据暂存器,用于内部计算和数据存取,数据在掉电后丢失,DS18B20共9个字节RAM,

每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数据值信息,第3、4个字节是用户EEPROM(常

用于温度报警值储存的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EEPROM

的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器,是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的,同样

也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CRC码。EEPROM非易失性

记忆体,用于存放长期需要保存的数据,上下限温度报警值和校验数据,DS18B20共3位EEPROM,

并在RAM都存在镜像,以方便用户操作。

RAM及EEPROM结构图:

图2

我们在每一次读温度之前都必须进行复杂的且精准时序的处理,因为DS18B20的硬件简单结果就

会导致软件的巨大开消,也是尽力减少有形资产转化为无形资产的投入,是一种较好的节约之道。控制器对18B20操作流程:

1,复位:首先我们必须对DS18B20芯片进行复位,复位就是由控制器(单片机给DS18B20

单总线至少480uS的低电平信号。当18B20接到此复位信号后则会在15~60uS 后回发一个芯片

的存在脉冲。

2,存在脉冲:在复位电平结束之后,控制器应该将数据单总线拉高,以便于在

15~60uS后接

收存在脉冲,存在脉冲为一个60~240uS的低电平信号。至此,通信双方已经达成了基本的协议,

接下来将会是控制器与18B20间的数据通信。如果复位低电平的时间不足或是单总线的电路断路

都不会接到存在脉冲,在设计时要注意意外情况的处理。

3,控制器发送ROM指令:双方打完了招呼之后最要将进行交流了,ROM指令共有5条,每

一个工作周期只能发一条,ROM指令分别是读ROM数据、指定匹配芯片、跳跃ROM、芯片搜索、

报警芯片搜索。ROM指令为8位长度,功能是对片内的64位光刻ROM进行操作。其主要目的是

为了分辨一条总线上挂接的多个器件并作处理。诚然,单总线上可以同时挂接多个器件,并通过

每个器件上所独有的ID号来区别,一般只挂接单个18B20芯片时可以跳过ROM指令(注意:此

处指的跳过ROM指令并非不发送ROM指令,而是用特有的一条“跳过指令”。ROM指令在下文

有详细的介绍。

原创 4,控制器发送存储器操作指令:在ROM指令发送给18B20之后,紧接着(不间断就是发

送存储器操作指令了。操作指令同样为8位,共6条,存储器操作指令分别是写RAM数据、读

RAM数据、将RAM数据复制到EEPROM、温度转换、将EEPROM中的报警值复制到RAM、工作

方式切换。存储器操作指令的功能是命令18B20作什么样的工作,是芯片控制的关键。

5,执行或数据读写:一个存储器操作指令结束后则将进行指令执行或数据的读写,这个操作

要视存储器操作指令而定。如执行温度转换指令则控制器(单片机必须等待

18B20执行其指令,

一般转换时间为500uS。如执行数据读写指令则需要严格遵循18B20的读写时序来操作。数据的

读写方法将有下文有详细介绍。

若要读出当前的温度数据我们需要执行两次工作周期,第一个周期为复位、跳过ROM指令、执行

温度转换存储器操作指令、等待500uS温度转换时间。紧接着执行第二个周期为复位、跳过ROM

指令、执行读RAM的存储器操作指令、读数据(最多为9个字节,中途可停止,只读简单温度值

则读前2个字节即可。其它的操作流程也大同小异,在此不多介绍。

DS18B20芯片与单片机的接口:

图3

图4