数字温度传感器DS18B20及应用实例文档格式.docx
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3.4.4Ds18b20的初始化9
3.4.5Ds18b20的写操作10
3.4.6Ds18b20的读操作10
第4章应用实例11
第5章总结与展望11
参考文献12
附录13
致谢16
第1章概述
DS18B20，常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。
DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢
封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。
主要根据应用场合的不同而改变其外观。
封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。
耐磨耐碰，体积小，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。
1.1技术性能描述
①、独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
②、测温范围－55℃～+125℃，固有测温误差（注意，不是分辨率，这里之前是错误的）1℃。
③、支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。
④、工作电源:
3.0~5.5V/DC（可以数据线寄生电源）
⑤、在使用中不需要任何外围元件
⑥、测量结果以9~12位数字量方式串行传送
⑦、不锈钢保护管直径Φ6
⑧、适用于DN15~25,DN40~DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温
⑨、标准安装螺纹M10X1,M12X1.5,G1/2”任选
⑩、PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。
1.2本文工作
了解ds18b20的工作性能与工作原理并举例。
第2章DS18B20原理
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。
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。
2.1接线说明
2.1.1特点
独特的一线接口，只需要一条口线通信多点能力，简化了分布式温度传感应用无需外部元件可用数据总线供电，电压范围为3.0V至5.5V无需备用电源测量温度范围为-55°
C至+125℃。
华氏相当于是-67°
F到257华氏度-10°
C至+85°
C范围内精度为±
0.5°
C
温度传感器可编程的分辨率为9~12位，温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒，用户可定义的非易失性温度报警设置，应用范围包括恒温控制、工业系统、消费电子产品温度计、或任何热敏感系统。
描述该DS18B20的数字温度计提供9至12位（可编程设备温度读数）。
由于DS18B20是一条口线通信，所以中央微处理器与DS18B20只有一个一条口线连接。
为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。
因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，多个ds18b20s可以同时存在于一条总线。
这使得温度传感器放置在许多不同的地方。
它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测和控制。
2.2正确接线
面对着扁平的那一面，左负右正，一旦接反就会立刻发热，有可能烧毁！
同时，接反也是导致该传感器总是显示85℃的原因。
2.3型号规格
型号测温范围安装螺纹电缆长度适用管道
TS-18B20-55~125无1.5m
TS-18B20A-55~125M10X11.5mDN15~25
TS-18B20B-55~1251/2”G接线盒DN40~60
第3章ds18b20的4个主要数据部件
3.1Ds18b20的管脚排列
DS18B20引脚定义：
（1）DQ为数字信号输入/输出端；
（2）GND为电源地；
（3）VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。
8引脚封装TO-92封装用途描述
51接地接地
42数字信号输入输出，一线输出：
源极开路
33电源可选电源管脚。
见"
寄生功率"
一节细节方面。
电源必须接地，为行动中，寄生功率模式。
DS18B20内部结构主要由四部分组成：
64位光刻ROM，温度传感器，温度报警触发器TH和TL,配置寄存器。
3.2存储器
DS18B20的存储器包括高速暂存器RAM和可电擦除RAM，可电擦除RAM又包括温度触发器TH和TL，以及一个配置寄存器。
存储器能完整的确定一线端口的通讯，数字开始用写寄存器的命令写进寄存器，接着也可以用读寄存器的命令来确认这些数字。
当确认以后就可以用复制寄存器的命令来将这些数字转移到可电擦除RAM中。
当修改过寄存器中的数时，这个过程能确保数字的完整性。
3.364-位光刻ROM
64位光刻ROM的前8位是DS18B20的自身代码，接下来的48位为连续的数字代码，最后的8位是对前56位的CRC校验。
64-位的光刻ROM又包括5个ROM的功能命令：
读ROM，匹配ROM，跳跃ROM，查找ROM和报警查找。
3.4Ds18b20外部电源的连接方式
DS18B20可以使用外部电源VDD，也可以使用内部的寄生电源。
当VDD端口接3.0V—5.5V的电压时是使用外部电源；
当VDD端口接地时使用了内部的寄生电源。
无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线要接5KΩ左右的上拉电阻。
3.4.1配置寄存器
配置寄存器是配置不同的位数来确定温度和数字的转化。
3.4.2温度的读取
DS18B20在出厂时以配置为12位，读取温度时共读取16位，前5个位为符号位，当前5位为1时，读取的温度为负数；
当前5位为0时，读取的温度为正数。
温度为正时读取方法为：
将16进制数转换成10进制即可。
温度为负时读取方法为：
将16进制取反后加1，再转换成10进制即可。
例：
0550H=+85度，FC90H=-55度。
3.4.3Ds18b20控制方法
DS18B20有六条控制命令，
指令约定代码操作说明
温度转换44H启动DS18B20进行温度转换
读暂存器BEH读暂存器9字节二进制数字
写暂存器4EH将数据写入暂存器的TH、TL字节
复制暂存器48H把暂存器的TH、TL字节写到E2PROM中
重新调E2PROMB8H把E2PROM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节
读电源供电方式B4H启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU
3.4.4Ds18b20的初始化
（1）先将数据线置高电平“1”。
（2）延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）
（3）数据线拉到低电平“0”。
（4）延时750微秒（该时间的时间范围可以从480到960微秒）。
（5）数据线拉到高电平“1”。
（6）延时等待（如果初始化成功则在15到60微秒时间之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。
据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）。
（7）若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要480微秒。
（8）将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。
3.4.5Ds18b20的写操作
（1）数据线先置低电平“0”。
（2）延时确定的时间为15微秒。
（3）按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）。
（4）延时时间为45微秒。
（5）将数据线拉到高电平。
（6）重复上
（1）到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为止。
（7）最后将数据线拉高。
3.4.6Ds18b20的读操作
（1）将数据线拉高“1”。
（2）延时2微秒。
（3）将数据线拉低“0”。
（4）延时3微秒。
（5）将数据线拉高“1”。
（6）延时5微秒。
（7）读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理。
（8）延时60微秒。
第4章应用实例
该产品适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域
轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制。
汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。
供热/制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制
第5章总结与展望
此次设计使我充分了解了温度传感器ds18b20的性能、使用方法和要注意的地方。
虽然有些地方还不是很懂，但是相信在以后的应用实践摸索中会慢慢地掌握。
参考文献
[1]李林功．传感器技术及应用[M]．北京市：
科学出版社，2015.
[2]周润景，丁莉．基于ds18b20的温度测量模块设计[M]．北京市：
机械工业出版社，2010.
附录
（1）ds18b20的外部结构
（2）ds18b20的内部结构
（3）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。
表1
ds18b20温度值格式表
（4）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
ds18b20温度数据表
（5）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。
（6）配置寄存器
该字节各位的意义如下：
表3
配置寄存器结构
TM
R1
R0
1
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）
（7）温度分辨率设置表
分辨率
温度最大转换时间
9位
93.75ms
10位
187.5ms
11位
375ms
12位
750ms
（8）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。
（9）DS18B20暂存寄存器分布
寄存器内容
字节地址
温度值低位（LSByte）
温度值高位（MSByte）
高温限值（TH）
2
低温限值（TL）
3
配置寄存器
4
保留
5
6
7
CRC校验值
8
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。
（10）ROM指令表
指令
约定代码
功能
读ROM
33H
读DS1820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。
RAM指令表
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
发出向内部RAM的3、4字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。
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2、3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”。
DS18B20的应用电路DS18B20测温系统具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点。
致谢
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