数字式温度传感器DS18B20及其应用

数字式温度传感器DS18B20及其应用

空军工程大学导弹学院(陕西三原713800) 韩小斌 朱永文

摘 要 文章介绍了新一代数字式温度传感器DS18B20,它集温度感知、数字量转化、高低温限设定和报警于一体。文章详细地阐述了DS18B20的测量原理、特性以及在多路温度测量应用中的测量电器设计和软件设计。

关键词 DS18B20传感器 温度检测 单片机 DS18B20是美国Dallas半导体公司的新一代数字式温度传感器,它具有独特的单总线接口方式,即允许在一条信号线上挂接数十甚至上百个数字式传感器,从而使测温装置与各传感器的接口变得十分简单,克服了模拟式传感器与微机接口时需要的A/D转换器及其它复杂外围电路的缺点,由它组成的温度测控系统非常方便,而且成本低、体积小、可靠性高。

自己特有的芯片序列号,我们可以将多个这样的温

度传感器挂接在一根总线上,实现多点温度的检测。

2 测温原理

DS18B20的测温原理如图2所示。低温系数振荡器输出的时钟脉冲信号通过由高温系数振荡器产生的门开通周期而被计数,通过该计数值来测量温度。计数器被预置为与-55bC对应的一个基数值,如果计数器在高温系数振荡器输出的门周期结束前计数到零,表示测量的温度高于-55bC,被预置在-55bC的温度寄存器的值就增加一个增量,同时为了补偿温度振荡器的抛物线特性,计数器被斜率累加器所决定的值进行预置,时钟再次使计数器计数直至零,如果开门通时间仍未结束,那么重复此过程,直到高温度系数振荡器的门周期结束为止。这时温度寄存器中的值就是被测的温度值。

1 基本特性

DS18B20数字式温度传感器的外部形状、内部芯片如图1所示。它使用一总线接口实现和外部微处理器的通信。温度的测量范围为-55~+125bC,测量精度为0.5bC。传感器的供电寄生在通信的总线上,可以从一总线通信中的高电平中取得,这样可以不需要外部的供电电源。作为替代也可直接用供电端(VDD)供电。一般在检测的温度超过100bC时,建议使用供电端供电,供电的范围为3~5.5V。当使用总线寄生供电时,供电端必须接地,同时总线口在空闲的时候必须保持高电平,以便对传感器充电。每一个DS18B20温度传感器都有一个

图2 DS18B20测温原理

3 工作方式

DS18B20传感器进行的功能操作是在发送命令的基础上完成的,上电后传感器处于空闲状态,需

要控制器发送命令才能完成温度转换。对传感器的功能操作的次序是首先完成对芯片内部的ROM操

图1 DS18B20外部形状及管脚图

作,ROM操作功能命令字如表1所列。然后进行

中国传感器 http://www.sensor.com.cn(299)435电子技术62002年第5期

读、写和温度转换功能。功能操作命令字如表2所列。一总线上的复位、读、写的时序如图3所示。读、写是在总线管理者发送下降沿下进行发送或接收一位数据的,只有传感器的响应脉冲是传感器主动发送,其余都是由总线管理者产生信号。

器的工作状态,是测试状态(设置为/10)还是操作功能状态(设置为/00),出厂设置为操作功能状态,用户不能修改;第七、六两位是温度转换数据位的设置(00、01、10、11分别对应9、10、11、12位温度数据),出厂设置为12位温度数据位,用户可根据需要进行修改;其余位无效。第六、七、八字节保留未用。第9个字节是CRC校验码,是前面8个字节的循环校验码,用在通信中,检验数据传送的正确性。

表3 DS18B20温度数据

温度+125bC+25.0625bC

数字量输出(二进制)000001111101000000000001100100010000000010100010000000000000100000000000000000001111111111111000111111110101111011111110011011111111110010010000

数字量输出(十六进制)07D0H0191H00A2H0008H0000HFFF8HFF5EHFF6FHFC90H

图3 总线读写时序图

TSLOT=60~120Ls,TRECmim=1Ls,TLOW=1~15Ls,TRSTL=480~4800Ls,TRSTH~60Ls,TPDLOW=60~240Ls

mim=

+10.125bC+0.5bC0bC-0.5bC-10.125bC-25.0625bC-55bC

480Ls,TPDHIGH=15

表1 ROM命令字

ROM命令字

33H55H0F0H0ECH0CCH

完成的功能读ROM的内容匹配ROM中的序列号寻找特定序列号的ROM寻找报警的ROM跳过ROM操作

表2 操作功能命令字

功能命令字

44H0BEH4EH48H0B8H0B4H

完成的功能启动温度转换读RAM写RAM

复制RAM中的2、3、4、字节到EERAM

复制EERAM中的字节到RAM

读供电的方式

图4 测量系统

DS18B20传感器的内部数据存储器由9个字

节组成。第一、二个字节是温度数据字节(MSB、LSB),可以在系统配置寄存器中自行设置数据位数(9~12位),数据位越多温度分辨率越高,9位数据温度分辨率为0.5bC,12位数据温度分辨率为0.0625bC,多余的高位是温度数据的符号扩展位,温度数据格式如表3所列。第三、四字节是温度上下限报警值(TH、TL)。第五字节是系统配置寄存器,寄存器各位定义如下:第八位是设置用来表示传感44(300)图5 测温程序流程图

中国自动化 http://www.automation.com.cn 5电子技术62002年第5期器件应用

DS18S20及其在温度巡回检测中的应用

华侨大学电子工程系(泉州362011) 胡 欣

摘 要 文章分析了DS18S20的测温原理,以及用DS18S20与89C51单片机组成温度巡回检测系统的方法,同时给出了软件框图。

关键词 单线制(1-Wire) DS18S20 单片机系统 温度巡回检测

可识别哪片DS18S20超温度界限。

DS18S20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封

装,管脚排列如图1所示。图中GND为地,DQ为数据输入/输出脚(单线接口,可作寄生供电),VDD为电源电压。

1 概述

美国Dallas公司生产的单线数字温度传感器DS18S20,可把温度信号直接转换成串行数字供微机处理,具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰性强、易配处理器等优点,特别适合构成多点温度巡回检测系统。由于每片DS18S20都含有唯一的产品号,所以从理论上来说在一条总线上可以挂接任意多个DS18S20芯片。从DS18S20读出或写入信息仅需一根口线(单线接口)。读写及温度变换功率来源于数据总线,总线本身也可以向所挂接的DS18S20供电,而无需额外电源。DS18S20提供9位温度读数,构成多点温度检测系统无需任何外围硬件。

2 DS18S20的特性及引脚

单线接口,仅需一根口线与MCU相连,无需外围元件;由总线提供电源;测温范围为-55~125bC,精度为0.5bC(-10bC至85bC范围内);9位温度读数;温度转换时间最多为750ms;用户可自设定温度报警上下限,其值是非易失性的;报警搜索命令

图1 DS18S20的管脚排列

3 DS18S20的工作原理

DS18S20的内部结构如图2所示。 DS18S20主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器(内含便笺式RAM)、用于存储用户设定的温度上法:一是可以用软件延时,二是定时延时。其中软件延时简单实用,效果好一些,不过要求晶体振荡器要好,才能保证延时的准确性。

用本文介绍的数字式温度传感器制作生物、医疗恒温箱,稳定温度精度可达到0.5bC,且具有测量速度快、精度高、实现电路简单的特点。这种温度传感器很适用于精密温度测量系统中。

4 在温度测量系统中的应用

我们采用MS-51系列单片机作为微处理器,测温原理如图4所示。8路传感器的输入经过4051模拟电子开关的选择,用P1.0口进行读温度的数据。在各路的总线口上加上总线驱动。P1.1到P1.3是通路选择端。测量单片机完成温度数据的测量后显示测得的各路温度数值,还向主控单片机发送温度数据以便主控单片机完成温度的控制。测温程序流程如图5所示。从测温程序流程中看出,设计测温度的子程序的难点是如何把握一总线中的复位、读、写的时序关系。实现这个时序有两种方5电子技术62002年第5期

参

社,1996

考文献

1 何立民.单片机应用技术选编.北京航空航天大学出版2 美国Dallas公司网上资料,WWW.dalsemi.com

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