测温芯片DS18B20详细解读.docx
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测温芯片DS18B20详细解读
测温芯片DS18B20羊细解读
第一部分：
DS18B20的封装和管脚定义
首先，我们来认识一下DS18B20这款芯片的外观和针脚定义，
DS18B20芯片的常见封装为TO-92，也就是普通直插三极管的样子，当然也
可以找到以SO（DS18B20Z）和uSOP（DS18B20U）形式封装的产品，下面
为DS18B20各种封装的图示及引脚图。
O£
NC匚
NC匚
心。
匚
DQ匚
DQ
NC
底部规角
NC
GND
T892封裝
（DS18B20）
8765
DALLAS
1234
SQ封装
（DS18B20Z）
NC
NC
NC
GND
lo
8
——1
2
007
M6
□NC
3
_1NC
4
5
p=lNC
声OP封装
（DS18320U）
*Nd置茫引脚
1
了解了这些该芯片的封装形式，下面就要说到各个管脚的定义了，如下表即为该
芯片的管脚定义：
E引KDSQK封護
TO-92封装
说明
5
1
GND
接地
4
2
DQ
数SE輸入/输出引脚寄生电源槿艺时提供电潟
3
3
VDD
电涯引脚,工作在奇生电漏模式时0殛妾地
inm.厂mnt
上面的表中提到了一个“奇怪”的词一一“寄生电源”，那我有必要说明
一下了，DS18B20芯片可以工作在“寄生电源模式”下，该模式允许DS18B20工作在无外部电源状态，当总线为高电平时，寄生电源由单总线通过VDD引脚,此时DS18B20可以从总线“窃取”能量，并将“偷来”的能量储存到寄生电源储能电容（Cpp）中，当总线为低电平时释放能量供给器件工作使用。
所以，当DS18B20工作在寄生电源模式时，VDD引脚必须接地。
第二部分：
DS18B20的多种电路连接方式
如下面的两张图片所示，分别为外部供电模式下单只和多只DS18B20测温系统的典型电路连接图。
（1）外部供电模式下的单只DS18B20芯片的连接图
（2）外部供电模式下的多只DS18B20芯片的连接图
一个单线端口通讯，当全部器件经由一个三态端口或者漏极开路端口与总线连接时，控制线需要连接一个弱上拉电阻。
在多只DS18B20连接时，每个DS18B20都拥有一个全球唯一的64位序列号，在这个总线系统中，微处理器依靠每个器件独有的64位片序列号辨认总线上的器件和记录总线上的器件地址，从而允许多只DS18B20同时连接在一条单线总线上，因此，可以很轻松地利用一个微处
理器去控制很多分布在不同区域的DS18B20，这一特性在环境控制、探测建筑物、仪器等温度以及过程监测和控制等方面都非常有用。
对于DS18B20的电路连接，除了上面所说的传统的外部电源供电时的电
路连接图，DS18B20也可以工作在“寄生电源模式”，而下图则表示了DS18B20工作在“寄生电源模式”下的电路连接图。
没错，这样就可以使DS18B20工作在寄生电源模式下了，不用额外的电源就可以实时采集到位于多个地点的温度信
息了
第三部分：
DS18B20内部寄存器解析及工作原理
介绍完DS18B20的封装、针脚定义和连接方式后，我们有必要了解
DS18B20芯片的各个控制器、存储器的相关知识，如下图所示，为DS18B20
内部主要寄存器的结果框图
结合图中的内部寄存器框图，我们先简单说一下DS18B20芯片的主
要寄存器工作流程，而在对DS18B20工作原理进行详细说明前，有必要先上几
张相关图片：
（1）DS18B20内部寄存器结构图
丈高速暂存卧
byte0
温崩8摇低位LSB（50H}
byte1
byte2
byte3
byte4
byte5
byte6
byte7
byte8
温度数据高位初阳（05H）
TH用户字节1（高温触发值）
TL用户字节2（低溫触发值）
配置奇存器（设置温度稿度）
保留位（FFH）
保留位（OCH）
保留位（10H）
CRC校验位寄存器
（2）DS18B20主要寄存器数据格式图示
什科TH奇存赣
配鷲寄存番
TH用户字节］（高溫独发设定值
配置寄存器（设置温度精度）
TL用户字节;！
（斑触发设定值）
加17
bits
tiitS
bit4
bit3
bit2
bill
bito
23
2?
21
2°
21
2J
2-3
2a
bit15
bit14
bit13
bit12
bjtlJ
bit10
bit9
bits
S
S
S
S
s
26
25
24
bit7
bit6
bits
bit4
bit3
bit2
bitl
bitO
s
26
25
24
23
22
21
2°
bit7
bits
bits
bit4
bn3
bit2
bitl
bitO
0
R1
RO
1
1
1
1
1
0电曲示澳
卄崔后屯汰泾雯®为理宁C
畫丄胪㈱遊
唸标讲临示1£
Z55
（3）DS18B20通讯指令图
指令类型
指令
详细描述
[FOH]
搜索ROM指令
当系焼初始化时，总銭控制購通过此插令參次補环搜嘉
ROM端壬'以淋Xs斤育从机器件
[33H]
读取ROM指令
兰总疑上三亘一三仍1出20时才会運同此匡专•允浑史査控制器直菠读取从机的序列码
指令
匹駅ROM指令
匹酹ROM管會「恢总统刮器在塞為遜上淀位一貝轲建
[5SH]
^DS18B20
ICCH]
忽貂ROM指令
忽骼ROM指令「1ft；指令鬆审堆制器兴必掘吳54垃
ROM漏鴛就更用功直猎令
【ECU]
今
学总线上存在滿足按警劄牛的从机时「阂A机捋爾应此垢令
[44H]
温度转按指令
止毘瑁令用菖控剧DS1802A启动一歩逗度饕按•生成的溟度就据以2字节的形式存蜡在言進暂存器口
写曹存器指令
此指令闫DSL8B20曲哲存器写入瑟壽，开囱隹在暂存器
[4EH]
第2手节（州靑严請｝”収最任有效位亓诒佬
功餾g令
[BEH]
读暂存器｝旨冬
此雀令用夭茸取DS18B20雪手器艾生彥脱将从手巧0幵姐.更囁g字韦■（匚M咬蠢位）厲岂
[4SH]
拷贝令
曲播令将1UTL*配置審存器脱時贝列EEPROM中
[B8H]
召回E£PROM18^
宥THTL•儿艮函童衽囲中吃城拭EEPROPjt贝到苜
[B4H]
读电源模式揩令
想竝制器在发出此褚令后启动湊时瞳「若育註电源擾式.DS1&B20捋拉氐簸・若为护部电譚模式,则桁总戎強罢r用以到If05^20船电頑运
了解了这些内部结构和细节，下面说一下DS18B20芯片的工作原理。
I
I
DS18B20启动后将进入低功耗等待状态，当需要执行温度测量和AD转
I
换时，总线控制器（多为单片机）发出［44H］指令完成温度测量和AD转换（其
I
他功能指令见上面的指令表），DS18B20将产生的温度数据以两个字节的形式
存储到高速暂存器的温度寄存器中，然后，DS18B20继续保持等待状态。
当
DS18B20芯片由外部电源供电时，总线控制器在温度转换指令之后发起“读时
隙”（详见本帖的“DS18B20时隙图”），从而读出测量到的温度数据通过总
线完成与单片机的数据通讯（DS18B20正在温度转换中由DQ引脚返回0，转换结束则返回1。
如果DS18B20由寄生电源供电，除非在进入温度转换时总线
-1
被一个强上拉拉高，否则将不会有返回值）。
另外，DS18B20在完成一次温度
I
转换后，会将温度值与存储在TH（高温触发器）和TL（低温触发器）中各一
_|
个字节的用户自定义的报警预置值进行比较，寄存器中的S标志位（详见寄存器
L
格式图示中的“TH和TL寄存器格式”图示）指出温度值的正负（S=0时为正，
_|
S=1时为负），如果测得的温度高于TH或者低于TL数值，报警条件成立，
I
DS18B20内部将对一个报警标识置位，此时，总线控制器通过发出报警搜索命
I
令［ECH］检测总线上所有的DS18B20报警标识，然后，对报警标识置位的
_|
DS18B20将响应这条搜索命令。
II
I
第四部分：
针对DS18B20的单片机编程
I
I
针对DS18B20的编程，可以理解为总线控制器通过相关指令操作器件或者
L
器件中的相应寄存器，从而完成器件也总线控制器的数据通信，所以要真正搞定
_|
DS18B20的通讯编程，还需要详细的了解该芯片的各种寄存器结构、寄存器数
I
据格式和相关的指令系统，下面我们就结合上面图示，说说DS18B20的内部存
I
储器结构。
DS18B20的每个暂存器都有8bit存储空间，用来存储相应数据，其中
byteO和bytel分别为温度数据的低位和高位，用来储存测量到的温度值，且
这两个字节都是只读的；byte2和byte3为TH、TL告警触发值的拷贝，可以
在从片内的电可擦可编程只读存储器EEPROM中读出，也可以通过总线控制器
I
发出的［48H］指令将暂存器中TH、TL的值写入到EEPROM，掉电后EEPROM
I中的数据不会丢失；byte4的配置寄存器用来配置温度转换的精确度（最大为
I12位精度）；byte5、6、7为保留位，禁止写入；byte8亦为只读存储器，用
I来存储以上8字节的CRC校验码。
I
I参考上面的DS18B20通讯指令图，即为DS18B20芯片中主要寄存器的
I数据格式和必要的个别标识位说明，只要做到对寄存器数据精准的控制，就可以
I很容易的完成DS18B20的程序编写，而对于总线控制器发出的控制指令，我们L需要知道，DS18B20的指令包括ROM指令和功能指令，其中ROM指令用来
I进行ROM的操作，而功能指令则可以控制DS18B20完成温度转换，寄存器操
I
作等功能性工作。
一旦总线控制器检测到一个存在脉冲，它就会发出一条ROM
I
指令，如果总线上挂载多只DS18B20，这些指令将利用器件独有的64位ROM
I片序列码选出特定的要进行操作的器件，同样，这些指令也可以识别哪些器件符
I合报警条件等。
在总线控制器发给要连接的DS18B20一条ROM指令后，就可
I以发送一条功能指令完成相关的工作了，也就是说，总线控制器在发起一条
I
DS18B20功能指令前，需要首先发出一条ROM指令。
了解了这些功能指令的
I功能和用法，再对DS18B20编程就容易多了！
~
第五部分：
DS18B20芯片的两点使用心得
（1）对TH（高温触发寄存器）和TL（低温触发寄存器）的操作心得
I
I针对于DS18B20中TH（高温触发寄存器）和TL（低温触发寄存器），
I可以找到的代码资料很少，而如果在某一测温系统中需要用到TH和TL寄存器I时，其实不必觉得无从下手，参见本帖中的“DS18B20寄存器结构”，总线控
I制器的读操作将从位0开始逐步向下读取数据，直到读完位8，而且TH和TL
I
寄存器的内部结构和数据格式和片内其他寄存器是相同的，当然，针对TH和
ITL寄存器的读写和其他片内寄存器的读写也是相同的，所以在实际应用中，当
I
DS18B20初始化完成后，首先通过总线控制器发出的［B8H］指令将EEPROM
I中保存的数据召回到暂存器的TH和TL中，然后通过总线控制器发出的“读时
I
隙”对器件暂存器进行读操作，只要将读到的每8bit数据及时获取，就可以很
I容易地通过总线控制器读出TH和TL寄存器数据；总线控制器对器件的写操作
I
原理亦然，换句话说，只要掌握了其他寄存器的操作编程，就完全可以很容易地
I对TH和TL这两个报警值寄存器进行读写操作。
同时，可以通过［48H］指令将ITH和TL寄存器数据拷贝到EEPROM中进行保存。
I
I
（2）对DS18B20通讯时隙的掌握心得
II
在由DS18B20芯片构建的温度检测系统中，采用达拉斯公司独特的单总
线数据通讯方式，允许在一条总线上挂载多个DS18B20，那么，在对DS18B20
的操作和控制中，由总线控制器发出的时隙信号就显得尤为重要。
如下图所示，
分别为DS18B20芯片的上电初始化时隙、总线控制器从DS18B20读取数据时隙、总线控制器向DS18B20写入数据时隙的示意图，在系统编程时，一定要严格参照时隙图中的时间数据，做到精确的把握总线电平随时间（微秒级）的变化,
才能够顺利地控制和操作DS18B20。
另外，需要注意到不同单片机的机器周期是不尽相同的，所以，程序中的延时函数并不是完全一样，要根据单片机不同的机器周期有所改动。
在平常的DS18B20程序调试中，若发现诸如温度显示错误等故障，基本上都是由于时隙的误差较大甚至时隙错误导致的，在对DS18B20
编程时需要格外注意。
上电初始化时隙图
数据读取时通讯总线的时隙图
数据写入时通讯总线的时隙图
好了，帖子写到这里，基本上算是告一段落了，我们描述了DS18B20测
温芯片的封装、管脚定义、电路连接方式、内部寄存器的结构和数据格式、通信
时隙和功能/控制指令，最后希望这篇帖子可以帮助到正在或者将要使用到
DS18B20测温芯片的坛友，谢谢大家!
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