DS18B20的使用方法

1、圖1 DS18B20的封裝圖 DS18B20的特點(diǎn)：1、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)2、溫范圍55+125，在-10+85時(shí)精度為±0.53、支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個(gè)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫，如果數(shù)量過(guò)多，會(huì)使供電電源電壓過(guò)低，從而造成信號(hào)傳輸?shù)牟环€(wěn)定4、工作電源: 35V/DC5、 可編程的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫，測(cè)量結(jié)果以912位數(shù)字量方式串行傳送6、在9位分辨率時(shí)最多在 93.75ms內(nèi)把溫度

2、轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，速度更快7、測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以"一線總線"串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力8、負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作1) 產(chǎn)品型號(hào)與規(guī)格型 號(hào) 測(cè)溫范圍 安裝螺紋 電纜長(zhǎng)度 適用管道 TS-18B20 -55125 無(wú) 1.5 m TS-18B20A -55125 M10X1 1.5m DN1525 TS-18B20B -55125 1/2G 接線盒 DN4060圖2 DS18B20測(cè)溫原理如圖2所示：圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度

3、影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖2中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。2) 接線說(shuō)明 特點(diǎn)：獨(dú)特的一線接口，只需要一條口線通信

4、多點(diǎn)能力，簡(jiǎn)化了分布式溫度傳感器應(yīng)用，無(wú)需外部元件可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0 V至5.5 V無(wú)需備用電源測(cè)量溫度范圍為-55至+125 ，-10至+85范圍內(nèi)精度為±0.5 。溫度傳感器可編程的分辨率為912位溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字格式最大值為750毫秒用戶(hù)可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)電子產(chǎn)品溫度計(jì)，或任何熱敏感系統(tǒng) 。DS18B20提供9至12位溫度輸出。信息發(fā)送從DS18B20通過(guò)1線接口，所以中央微處理器與DS18B20只有一條口線連接。數(shù)據(jù)讀寫(xiě)以及溫度轉(zhuǎn)換可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量，不需要外接電源。因?yàn)槊恳粋€(gè)DS18B20包含一個(gè)獨(dú)特的

5、序號(hào)，多個(gè)DS18B20可以同時(shí)存在于一條總線，這使得溫度傳感器可以放置在許多不同的地方。它的用途很多，包括空調(diào)環(huán)境控制，感測(cè)建筑物內(nèi)溫設(shè)備或機(jī)器，并進(jìn)行過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制。3) DS18B20有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件： 圖3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM，溫度傳感器，非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，配置寄存器。（1）光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開(kāi)始8位（28H）是產(chǎn)品類(lèi)型標(biāo)號(hào)，接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼（CR

6、C=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。64位的光刻ROM又包括5個(gè)ROM的功能命令：讀ROM，匹配ROM，跳躍ROM，查找ROM和報(bào)警查找。根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。表1 ROM指令表指 令約定代碼功 能讀ROM33H讀DS18B20溫度傳感器ROM中的編碼（即64位地址）符合 ROM55H發(fā)出此命令之后，接

7、著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問(wèn)單總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的 DS18B20 使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該 DS18B20 的讀寫(xiě)作準(zhǔn)備搜索 ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上 DS18B20 的個(gè)數(shù)和識(shí)別 64 位 ROM 地址。為操作各器件作好準(zhǔn)備跳過(guò) ROM0CCH忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS18B20 發(fā)溫度變換命令,適用于單片工作告警搜索命令0ECH執(zhí)行后只有溫度超過(guò)設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng) 表2 RAM指令表指 令約定代碼功 能溫度轉(zhuǎn)換44H啟動(dòng)DS18b20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為750ms（9位為93.75ms），結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中讀暫

8、存器0BEH讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容寫(xiě)暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM的3、4字節(jié)寫(xiě)上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送三字節(jié)的數(shù)據(jù)，三字節(jié)的數(shù)據(jù)分別被存到暫存器的第3、4、5字節(jié)復(fù)制暫存器48H將RAM中第3 、4、5字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到E2PROM中重調(diào)E2PR0M0B8H將E2PROM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第3 、4、5字節(jié)讀供電方式0B4H讀DS18B20的供電模式。寄生供電時(shí)DS18B20發(fā)送“ 0 ”，外接電源供電 DS18B20發(fā)送“ 1 ”（2） DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB

9、形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。表3 DS18B20溫度值格式表這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在DS18B20的兩個(gè)8bit的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0， 這5位為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。 例如+125的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625的數(shù)字輸出為FE6FH，-55的數(shù)字輸出為FC90H。表4 DS18B20溫度數(shù)據(jù)表（3）DS18B20溫度傳感器的存儲(chǔ)器 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)

10、高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的E2 PRAM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。存儲(chǔ)器能完整的確定一線端口的通訊，數(shù)據(jù)開(kāi)始用寫(xiě)寄存器的命令寫(xiě)進(jìn)寄存器，接著也可以用讀寄存器的命令來(lái)確認(rèn)這些數(shù)據(jù)。當(dāng)確認(rèn)以后就可以用復(fù)制寄存器的命令來(lái)將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到可電擦除RAM中。當(dāng)修改過(guò)寄存器中的數(shù)據(jù)時(shí)，這個(gè)過(guò)程能確保數(shù)據(jù)的完整性。 高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成，其分配如表5所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第1和第2個(gè)字節(jié)。CPU可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如表3所示。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)

11、，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值。第3和第4個(gè)字節(jié)是復(fù)制TH和TL，同時(shí)第3和第4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)可以更新；第5個(gè)字節(jié)是復(fù)制配置寄存器，同時(shí)第5個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)可以更新；6、7、8三個(gè)字節(jié)是計(jì)算機(jī)自身使用。第9個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。表5 DS18B20暫存寄存器分布寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度值低位 （LS Byte）1溫度值高位 （MS Byte）2高溫限值（TH）3低溫限值（TL）4配置寄存器5保留6保留7保留8CRC校驗(yàn)值9（4）配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下：表6 配置寄存器結(jié)構(gòu)低五位一直都是"1"，TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B

12、20在工作模式還是在測(cè)試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶(hù)不要去改動(dòng)。R1和R0用來(lái)設(shè)置分辨率，如下表所示（DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位）。表7 溫度分辨率設(shè)置表4) DS18B20外部電源的連接方式 DS18B20可以使用外部電源VDD，也可以使用內(nèi)部的寄生電源。當(dāng)VDD端口接3.0V5.5V的電壓時(shí)是使用外部電源；當(dāng)VDD端口接地時(shí)使用了內(nèi)部的寄生電源。無(wú)論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線都要接4.7K的上拉電阻。 DS18B20的外部電源供電方式在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，此時(shí)I/O線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問(wèn)題，可以

13、保證轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)在總線上理論可以掛接任意多個(gè)DS18B20傳感器，組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85。 圖4 外部電源連接5) DS18B20溫度處理過(guò)程1、 配置寄存器配置寄存器是配置不同的位數(shù)來(lái)確定溫度和數(shù)字的轉(zhuǎn)化。2、溫度的讀取DS18B20在出廠時(shí)已配置為12位，讀取溫度時(shí)共讀取16位，所以把后11位的2進(jìn)制轉(zhuǎn)化為10進(jìn)制后再乘以0.0625便為所測(cè)的溫度，還需要判斷正負(fù)。前5個(gè)數(shù)字為符號(hào)位，當(dāng)前5位全為1時(shí)，讀取的溫度為負(fù)數(shù)；當(dāng)前5位全為0時(shí)，讀取的溫度為正數(shù)。16位數(shù)字?jǐn)[放是從低位到高位。3、DS1

14、8B20控制方法DS18B20有六條控制命令（RAM）：見(jiàn)表2。4、DS18B20的初始化 （1）總線主機(jī)發(fā)送一復(fù)位脈沖（最短為480us的低電平信號(hào)）（2）總線主機(jī)釋放總線，并進(jìn)入接收方式（3）單線總線經(jīng)過(guò)5K的上拉電阻被拉至高電平狀態(tài)（4）DS18B20在I/O引腳上檢測(cè)到上升沿之后，等待15-60us，接著發(fā)送存在脈沖（60us-240us的低電平信號(hào)）初始化時(shí)序5、向DS18B20發(fā)送控制命令 先通過(guò)總線向DS18B20發(fā)送ROM指令，對(duì)ROM進(jìn)行操作；之后，發(fā)送ROM指令，來(lái)啟動(dòng)傳感器或進(jìn)行其它RAM操作，以完成對(duì)溫度數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。6) DS1820使用中注意事項(xiàng) DS1820雖然具有

15、測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題： （1）較小的硬件開(kāi)銷(xiāo)需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì) DS18B20操作部分最好采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。 （2）在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS18B20超過(guò)8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一

16、點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。（3）連接DS18B20的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò)50m時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。因此，在用DS18B20進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問(wèn)題。（4）在DS18B20測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18

17、B20時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。數(shù)據(jù)的處理部分：要求出正數(shù)的十進(jìn)制值，必須將讀取到的LSB 字節(jié)，MSB 字節(jié)進(jìn)行整合處理，然后乘以0.0625 即可。Eg：假設(shè)從，字節(jié)0 讀取到0xD0 賦值于Temp1，而字節(jié)1 讀取到0x07 賦值于Temp2，然后求出十進(jìn)制值。unsigned int Temp1,Temp2,Temperature;Temp1=0xD0; /低八位Temp2=0x07; /高八位Temper

18、ature = (Temp2<<8 ) | Temp1 ) * 0.0625;/又或者Temperature = (Temp1 + Temp2 *256) * 0.0625; /Temperature=125在這里我們遇見(jiàn)了一個(gè)問(wèn)題，就是如何求出負(fù)數(shù)的值呢？很遺憾的，單片機(jī)不像人腦那樣會(huì)心算，我們必須判斷BIT1115 是否是1，然后人為置一負(fù)數(shù)標(biāo)志。Eg. 假設(shè)從，字節(jié)0 讀取到0x90 賦值于Temp1，而字節(jié)1 讀取到0xFC 賦值于Temp2，然后求出該值是不是負(fù)數(shù)，和轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制值。unsigned int Temp1,Temp2,Temperature;unsigned

19、 char Minus_Flag=0;Temp1=0x90; /低八位Temp2=0xFC; /高八位/Temperature = (Temp1 + Temp2 *256) * 0.0625; /Temperature=64656/很明顯不是我們想要的答案if(Temp2&0xFC) /判斷符號(hào)位是否為1Minus_Flag=1; /負(fù)數(shù)標(biāo)志置一Temperature = (Temp2<<8 ) | Temp1 ) /高八位第八位進(jìn)行整合Temperature= (Temperature)+1); /求反，補(bǔ)一Temperature*= 0.0625; /求出十進(jìn)制 /Te

20、mperature=55;elseMinus_Flag=0;Temperature = (Temp2<<8 ) | Temp1 ) * 0.0625;繼續(xù)繼續(xù)，以上我們是求出沒(méi)有小數(shù)點(diǎn)的正數(shù)。如果我要求出小數(shù)點(diǎn)的值的話，那么我應(yīng)該這樣做。Eg：假設(shè)從，字節(jié)0 讀取到0xA2 賦值于Temp1，而字節(jié)1 讀取到0x00 賦值于Temp2，然后求出十進(jìn)制值，要求連同小數(shù)點(diǎn)也求出。unsigned int Temp1,Temp2,Temperature;Temp1=0XA2; /低八位Temp2=0x00; /高八位/實(shí)際值為10.125/Temperature = (Temp2<

21、<8 ) | Temp1 ) * 0.0625; /10，無(wú)小數(shù)點(diǎn)Temperature = (Temp2<<8 ) | Temp1 ) * (0.0625 * 10) ; /101 ，一位小數(shù)點(diǎn)/Temperature = (Temp2<<8 ) | Temp1 ) * (0.0625 * 100) ; /1012，二位小數(shù)點(diǎn)如以上的例題，我們可以先將0.0625 乘以10，然后再乘以整合后的Temperature 變量，就可以求出后面一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的值（求出更多的小數(shù)點(diǎn)，方法都是以此類(lèi)推）。得出的結(jié)果是101，然后再利用簡(jiǎn)單的算法，求出每一位的值。unsinged char Ten,One,Dot1Ten=Temperature/100; /1One=Te