测温芯片DS18B20详细解读剖析.docx

1、测温芯片DS18B20详细解读剖析第一部分：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 ySOP (DS18B20U )形式封装的产品，下面为 DS18B20各种封装的图示及引脚图NCNCVddDQSO封装(DS18B20Z )底部视角DQNCNCGNDNCNCNCGNDVddNCNCNCp sop封装(DS18B20U )T692封装(DS18820 )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

2、管脚定义：8引脚SOKS装TO-92封装符号9UB51GND接地42DQ数据输入/输出引脚.寄生电源模式时提供电辛原33VDD电源引脚工彳乍在寄生电谆憧弍时归须谖堆*讣悬.门（fl （H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，V

3、DD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DS18B20单片机VW. _|I f ? n1 y 7 j r W单片机I/O(2)外部供电模式下的多只Vpu这里需要说明的是，DS18B20芯片通过达拉斯公司的单总线协议依靠一个单线端口通讯，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

4、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自心DS18

5、B201 2 3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。DQ- 内部VDD生成器64位 ROM 和接口生成器VDD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内部寄存器结构图凋速暂存卧byte 0byte 1byte 2byte 3byte 4byte 5byte 6byte 7byte 8位

6、LSB ( 50H )温度数据高位MSB ( 05H )TH用户字节1(高温融发值)TL用户字节2 (低温触发值)保留位(FFH )保留位(OCH )保留位(10H )CM校验位寄存霭(2) DS18B20主要寄存器数据格式图示温度寄存器TK用户宇节(高遍融发设定值TL用户字节2 (低遍傩发设定值:配胃寄存器(设置温度hi度)THITLS配置寄存器232221221222 32bit 7 bitG bits bit 4 bit 3 bit 2 bitl bitOSSSSS262s24bit 15 bit 14 bit 13 bit 12 bit 11 bit 10 bit 9 bitsS262

7、5242J22212bit 7 bitG bits bit 4 bit 3 bit 2 bitl bitO宦吿警;驗苗的0R1R011111bit 7 bit6 bit5 bit 4 bit 3 bit 2 bitl bitO和R0标识垃 用采设旦諏焙(3) DS18B20通讯指令图指令类型功龍详堀描述ROM指令FOH搜索ROM指令当至统初始化时总线控剧器通过此掲令寥次淸环搜索ROM舖码”以诵认育从机器件33H谏取ROM指令刍总凄上;荷一兵1阳20肘才会使百此筠令.允许总翁55H匹配ROM指令匹配ROM指令确超制幣在窑点总護上定毎一只特走 的 DS18B2OCCH忽BS ROM捋令忽略ROM指

8、令”此拒常允许总銭揑制器不必提供64悝ROM薜就険用勿盲鏘令ECU报雪令当总聂上存在济足摄警鉗锚从机时徴从机将昭总毗指令功能脂令44H1冬宿令冃爰控剧DS18B2O启动一次逞度騎換生戒的畐 度轴口 2字云的形式存请在高連暂存善口4EH写暫存器指令吐指令向DS18B20的暂存器:写入数膽，开敲置在希12 （TH寄存器，以最佃有效每稱传送BEH读暂存器指令此捋令用吒湊郢DS1呂B20誓与謔数霜，渎取序从字节0幵 蜡.直劃篤号字节（CRC胶脸位）读克48H拷贝暂存器指令1 土指令将TH. TL垃配置巻荐券益藏擢蜡贝到EEPRO亡 得収诧荐B8H召叵EEPROM指令将TH、TL以及配置吾存器口的数揭丛

9、EEPROM擦忑僭B4H读电源模式揩令总线控制鰭在发岀此損令后底动读时隙若为寄生冃涯模 式,DSISO将拉吒註塞頁力严都毛诲模式则将总兼 拉离,用以捌DS18B2O的电禎檯式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 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 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

10、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 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，

11、报警条件成立， 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 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。第四部分：针对DS18B20的单片机编程针对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 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 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的内部存储器结构。DS18B20的每个暂存器都有8bit存储空间，用来存

12、储相应数据，其中byte0 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发出的 48H指令将暂存器中TH、TL的值写入到EEPROM，掉电后EEPROM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 12位精度）; byte5、6、7为保留位，禁止写入；byte8亦为只读存储器，用来存储以 上8字节的CRC校验码。参考上面的DS18B20通讯指令图，即为DS18B20芯片中主要寄存器的 数据格

13、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 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 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 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 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 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，就可以发

14、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 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 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）的操作心得针对于DS18B20中TH （高温触发寄存器）和TL （低温触发寄存器）， 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 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

15、 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TL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 DS18B20初始化完成后，首先通过总线控制器发出的B8H指令将EEPROM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TH 和TL寄

16、存器数据拷贝到EEPROM中进行保存。（2）对DS18B20通讯时隙的掌握心得在由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

17、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 f e林血平 I| DS18B20平 I 卜坊由腑曲点曲販数据写入时通讯总线的时隙图邛股SOuicTi nr 120L11VpuUGNDISuf15m15m总娜制暑拉解平 上竝理如电甲11 和1 WWiV.na3Qu$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!