DS18B20的结构.doc
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DS18B20的结构，功能与介绍
2.1DS18B20现状及优点
温度是一种最基本的环境参数，日常生活和工农业生产中经常要检测温度。
传统的方式是采用热电偶或热电阻，但是由于模拟温度传感器输出为模拟信号，必须经过A/D转换环节获得数字信号后才能与单片机等微处理器接口，使得硬件电路结构复杂，制作成本较高。
近年来，美国DALLAS公司生产的DSl8B20为代表的新型单总线数字式温度传感器以其突出优点广泛使用于仓储管理、工农业生产制造、气象观测、科学研究以及日常生活中。
DSl8B20集温度测量和A/D转换于一体，直接输出数字量，传输距离远，可以很方便地实现多点测量，硬件电路结构简单，与单片机接口几乎不需要外围元件。
文章将介绍DS18B20的结构特征及控制方法，给出以此传感器和AT89C51单片机构成的最小温度测量报警系统。
2.2DS18B20简介
DS18B20数字温度传感器该产品采用美国DALLAS公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，附加功能强大，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。
它的主要特征如下：
■全数字温度转换及输出
■先进的单总线数据通信
■最高十二位分辨率，精度可达±0.5摄氏度
■十二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-55℃—125℃
■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
■多样式封装形式，适应不同硬件系统
图（2-1）
DS18B20引脚功能说明：
如表（2-2）
引脚
功能
GND
电压地
DQ
单数据总线
VDD
电源电压
NC
空引脚
内部结构功能图
如图（2-3）
2.3DS18B20的工作原理及应用：
DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成一个芯片之上，从而抗干扰能力更强，其一个工作周期可分为两个部分：
温度检测与数据处理。
DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。
DS18B20测温原理如图3所示。
图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。
高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。
计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。
计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。
DS18B20有4个主要的数据部件：
（1）光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。
64位光刻ROM的排列是：
开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。
光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
（2）DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：
用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。
DS18B20温度值格式表
这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。
例如+125℃的数字输出为07D0H，+25.0625℃的数字输出为0191H，-25.0625℃的数字输出为FF6FH，-55℃的数字输出为FC90H。
表2-4:
DS18B20温度数据表
表2-4
（3）DS18B20温度传感器的存储器DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。
（4）配置寄存器该字节各位的意义如下：
表2-5：
配置寄存器结构
TM
R1
R0
1
1
1
1
1
表2-5
低五位一直都是"1"，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。
在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。
R1和R0用来设置分辨率，如下表所示：
（DS18B20出厂时被设置为12位）
如表2-6：
温度分辨率设置表:
R1
R0
分辨率
温度最大转化时
0
0
9位
93.75ms
0
1
10位
187.5ms
1
0
11位
375ms
1
1
12位
750ms
表2-6
4、高速暂存存储器高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表5所示。
当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。
单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式如表1所示。
对应的温度计算：
当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。
表2是对应的一部分温度值。
第九个字节是冗余检验字节。
表2-7：
DS18B20暂存寄存器分布
寄存器内容
字节地址
温度值低位
0
温度值高位
1
高温限
2
低温限值
3
配置寄存器
4
保留
5
保留
6
保留
7
CRC校验值
8
表2-7
根据DS18B20的通讯协议，主机（单片机）控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：
每一次读写之前都要对DS18B20进行复位操作，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。
复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，当DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右，后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。
如表2-8：
ROM指令表
指令
约定代码
功能
读ROM
33H
读ds18b20温度传感器ROM中的编码（即64位地址）
符合ROM
55H
发出此命令之后，接着发出64位ROM编码，访问单总线上与该编码相对应的DS1820使之作出响应，为下一步对该DS1820的读写作准备。
搜索ROM
0FOH
用于确定挂接在同一总线上DS1820的个数和识别64位ROM地址。
为操作各器件作好准备。
跳过ROM
0CCH
忽略64位ROM地址，直接向DS1820发温度变换命令。
适用于单片工作。
告警搜索命令
0ECH
执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应。
表2-8
如表2-9：
RAM指令表
指令
约定代码
功能
温度变换
44H
启动DS1820进行温度转换，12位转换时最长为750ms（9位为93.75ms）。
结果存入内部9字节RAM中。
读暂存器
0BEH
读内部RAM中9字节的内容
写暂存器
4EH
读内部RAM中9字节的内容
复制暂存器
48H
将RAM中第3、4字节的内容复制到EEPROM中
重调EEPROM
0B8H
将EEPROM中内容恢复到RAM中的第3、4字节。
读供电方式
0B4H
读DS1820的供电模式。
寄生供电时DS1820发送“0”，外接电源供电DS1820发送“1”。
表2-9
2.4．DS18B20的结构
DS18B20温度传感器的引脚有三个接口：
一个接地口，一个电源电压接口（采用电源方式供电），一个单数据总线和单片机的一个I/O口连接。
图2-10
二．DS18B20的工作原理
DS18B20测温时，计数门打开，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，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-55℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。
减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，所测出的温度通过I/O口则传送到1602液晶上显示出当前的温度。
当温度发生变化时，则对应的所测温度同样的在液晶上显示出来。
三．DS18B20的外部电路图连接（如图2-11）
图2-12
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