DS18B20遠距離穩(wěn)定工作的分析設計

精確把握DS18B20讀寫時序延長連接距離2010-07-1415:49:54來源:《無線電》雜志2009.01作者:莫秋元【大中小】瀏覽:1149次評論:0條單線智能溫度傳感器DS18B20無需外部電路和其他變換電路就可以直接輸出被測溫度，測溫范圍寬、精度高、轉換時間快并可適配各種單片機或系統(tǒng)機等眾多優(yōu)點,在各種領域已得到了廣泛的應用。我公司采用DS18B20溫度傳感器制作四路溫度巡檢控制的溫控儀。在對溫控儀進行各種環(huán)境適應驗證試驗中發(fā)現(xiàn)一個問題:DS18B20傳感器采用10m長連接線時工作不正常，而采用3m長連接線時工作正?！鉊S18B20傳感器的連接線纜長度一般可達到50?100m，當采用雙絞線芯的屏蔽電纜時，其最大長度可達150m。圖1為溫控儀傳感器連接部分電路圖，傳感器采用單獨供電，接在P1口上。EA/VPVCCX1X2RESET+5V40TS1°12M31123123123123C130pG230pPO.OPO1P0.2P0.3P04RO5P0.6P0.739_38_"37341N4148R231kR241k―—R251k-CZ>—R22UEA/VPVCCX1X2RESET+5V40TS1°12M31123123123123C130pG230pPO.OPO1P0.2P0.3P04RO5P0.6P0.739_38_"37341N4148R231kR241k―—R251k-CZ>—R22U

cz□-INTOIFTHTOT1.OJ.2.3.4.5.67114—11111PPPPPPPPU1

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Z25Z壽36RDWRPSENALE/PTXDVSSRXD20VD41M148上下功能進路171611to主機寫VC^ND■-■-毀卜典型主機寫VC^ND■-■-毀卜典型鑑大CS18B2O采理ft.-h典型最大卜T驗iS-kp—30#—尸-*■1&pi￡15—30ps1-WtREBUS后經(jīng)對DS18B20傳感器的讀寫子程序分析及對傳感器讀寫時序波形分析得出的結論，是因為讀寫子程序對DS18B20傳感器的讀寫的時序把握不夠準確造成的。下面就DS18B20傳感器的讀寫的時序把握度進行分析，希望能對初步接觸該傳感器的人員有所幫助。DSl8B20傳感器對讀寫時序的要求首先對DS18B20傳感器的讀寫時序的要求進行分析和了解。按DS18B20器件手冊介紹，對DS18B20寫數(shù)據(jù)時，主機產(chǎn)生讀時間片。當主機把I/O數(shù)據(jù)總線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時，低電平持續(xù)時間最少lps,就產(chǎn)生寫時間片。在變?yōu)榈碗娖?5ps之后，DS18B20在15?45ps之間對線采樣，如果線為高電平，寫1就發(fā)生，如果線為低電平，便發(fā)生寫0。時間片必須有最短為60ps的持續(xù)期，各寫周期之間必須有最短為lps的恢復時間。圖2為DS18B20生產(chǎn)廠家提供的讀寫時序圖。從DS18B20讀數(shù)據(jù)時，主機產(chǎn)生讀時間片。當主機把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至低電平時，產(chǎn)生讀時間片。低電平持續(xù)時間至少lps；來自DS18B20的輸出數(shù)據(jù)在讀時間片下降沿之后15ps有效，因此，在產(chǎn)生讀時間片15ps后主機必須停止把I/O線驅動至低電平，由上拉電阻拉回至高電平，主機在15ps末期對數(shù)據(jù)線采樣，如果線為高電平，就讀為1，如果線為低電平，便讀為0。讀時間片的最短持續(xù)期限為60ps，各讀時間片之間必須有最短為1ps的恢復時間。在處理高低電平跳變時，還有必要了解DS18B20傳感器直流參數(shù)特性。其特性為：I/O口檢測低電平范圍為-0.3?0.8V，高電平范圍為2.2?5.5V，同單片機的I/O口檢測低電平范圍為-0.5V?0.2Vcc-0.1V和高電平范圍為0.2Vcc+0.9V?Vcc+0.5V基本上相同。數(shù)據(jù)連接線纜對讀寫數(shù)據(jù)波形的影響針對微秒級數(shù)據(jù)脈沖信號，對于較長的數(shù)據(jù)線纜，不應僅看作純阻性線纜，應充分考慮線纜中存在的分布電容對數(shù)據(jù)脈沖信號在跳變時造成延時和變形的影響。其等效電路原理見圖3。一般線芯的內(nèi)阻遠小于上拉電阻，決定延時量的是上拉電阻與分布電容乘積。在上拉電阻一定的情況下，線纜越長，其分布電容越大，對數(shù)據(jù)脈沖信號影響也就越大。電纜的材料、結構、工藝等不同，其存在的分布電容指標亦不同，良好的同軸線纜分布電容一般在60pF/m以下，而扁平排線相鄰線芯

間的分布電容在300pF/m左右。用記憶示波器在連接10m長RVV3X0.5mm2型線纜的傳感器上觀察到的數(shù)字波形見圖4（上拉電阻為5kQ）。從圖4中可看出，在t1時刻主機將數(shù)據(jù)線拉低，在t2時刻才能被DS18B20識別為低電平，延遲了3ps。在t3時刻主機釋放數(shù)據(jù)線，在上拉電阻的作用下，在t4時刻才上升為被DS18B20識別的高電平，延遲了3ps。從t2到t4時刻，對DS18B20來說，是近19ps低電平。因此，在采用較長線纜時，如對傳感器讀寫時刻把握不準確的話，會因使對讀寫的數(shù)據(jù)信號產(chǎn)生時延變形而不符合DS18B20對讀寫時序的要求，使對其讀寫操作失敗。在選用較長數(shù)據(jù)線纜時，還應考慮抗干擾的問題，因此建議盡量采用雙絞線或帶屏蔽的雙絞線作傳感器的數(shù)據(jù)線纜。VCCVCCGPJDS18B20QVCCVCCGPJDS18B20Q乍竝電阻廠屈、——J―□?—1；內(nèi)阻c亠：；分布電容F'AUTQSfcTcHi平均值CH1取消自AUTQSfcTcHi平均值CH1取消自「“弓制備t112f3f4換位理解DS18B20傳感器對讀寫時序的要求圖2是對DS18B20傳感器讀寫時序在主機處的波形圖，如果是在DS18B20處的話，其波形圖應如圖5所示?？紤]實際長短數(shù)據(jù)線的影響，對讀寫時序的要求理解為:對DS18B20寫數(shù)據(jù)時，主機產(chǎn)生讀時間片。當主機把I/O數(shù)據(jù)線在7ps時間內(nèi)從高邏輯電平拉至低邏輯電平時，維持時間最少1ps就產(chǎn)生寫時間片。如寫入0,則應維持低電平45?60ps以上，如寫入1,應在第8ps后釋放數(shù)據(jù)線，在7ps時間內(nèi)拉到為邏輯高電壓，并維持45?60ps以上。寫時間片必須有最短為60ps的持續(xù)期，在各寫周期之間必須有最短為1ps的恢復時間。從DS18B20讀數(shù)據(jù)時，主機產(chǎn)生讀時間片。主機在7ps時間內(nèi)把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至低電平，產(chǎn)生讀時間片。數(shù)據(jù)線必須保持在邏輯低電平至少1ps；來自DS18B20的輸出數(shù)據(jù)在讀時間片下降沿之后15ps有效。因此，在產(chǎn)生讀時間片8ps后主機必

應把I/O數(shù)據(jù)線釋放，由上拉電阻將數(shù)據(jù)線拉回至邏輯高電平，主機在15ps末期對數(shù)據(jù)線采樣，如果線為高電平，就讀為1,如果線為低電平，便讀為0。讀時間片的最短持續(xù)期限為60ps,各個讀時間片之間必須有最短為1ps的恢復時間。在考慮到線纜對波形的延遲和DS18B20傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)表現(xiàn)的典型時間，在實際操作中，建議將主機對數(shù)據(jù)線的采樣滯后5?9ps,可提高正確讀取DS18B20的可靠性。對DS18B20的讀寫程序探討經(jīng)過上面的分析和了解后，參見圖1,對接在P1.0口上的DS18B20傳感器讀寫子程序進行修改，分別見“寫子程序”和“讀子程序”。將修改后的對DS18B20傳感器讀寫子程序移入主程序并寫入89C51單片機，對用RVV3X0.5mm2型線纜為傳感器連線，用1?50m傳感器連線，在高、低溫環(huán)境條件下進行了試驗驗證，溫控儀工作正常，穩(wěn)定可靠。題圖為我公司溫控儀的照片。寫子程序WR11;MOVR2#8設循環(huán)次數(shù)c清零:****將溫度咼彳_?****低8位存入CLRCWR01:CLRP1.0寫開始RD11:MOVMOVR3.#21psMOVDJNZR3.$等待4psRE01:MOVRRCA1MS.賦值CRE02.CLRNOP