数字温度传感器DS18B20的原理与应用.doc

1、数字温度传感器 DS18B20 的原理与应用作者：马云峰,陈子夫,李培全 文章来源：电子元器件应用 上网时间：2003-11-30 结束浏览1 引言DS18B20 是 DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器，具有 3 引脚 TO92 小体积封装形式；温度测量范围为55 125,可编程为9 位 12 位 A/D 转换精度，测温分辨率可达 0.0625，被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个 DS18B20 可以并联到 3 根或 2 根线上， CPU 只需一根端口线就能与诸多 DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可

2、节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使 DS18B20 非常适用于远距离多点温度检测系统。2DS18B20 的内部结构DS18B20 内部结构如图 1 所示，主要由 4 部分组成：64 位 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。 DS18B20的管脚排列如图 2 所示，DQ 为数字信号输入输出端；GND 为电源地；VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地，见图 4）。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，每个 DS18B20 的 64 位序列号均不相同。64 位 ROM的排的循环冗余校验码（C

3、RC=X8X5X4 1 ）。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。图 1DS18B20 的内部结构图 2DS18B20 的管脚排列（a）初始化时序（b）写时序（c）读时序图 3DS18B20 的工作时序图DS18B20 中的温度传感器完成对温度的测量，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。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。 23 22 21

4、20 21 22 23 24 温度值低字节MSBLSB S S S S S 22 25 24 温度值高字节高低温报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器均由一个字节的 EEPROM 组成，使用一个存储器功能命令可对 TH、TL 或配置寄存器写入。其中配置寄存器的格式如下： 0 R1 R0 1 1 1 1 1 MSBLSB R1、 R0 决定温度转换的精度位数：R1R0=“00” ，9 位精度，最大转换时间为 93.75ms；R1R0=“01”，10 位精度，最大转换时间为187.5ms；R1R0=“10”，11 位精度，最大转换时间为 375ms；R1R0=“11”，12 位精度，最大转换时间为

5、 750ms；未编程时默认为 12 位精度。高速暂存器是一个 9 字节的存储器。开始两个字节包含被测温度的数字量信息；第 3、4、5 字节分别是 TH、TL、配置寄存器的临时拷贝，每一次上电复位时被刷新；第 6、7 、 8 字节未用，表现为全逻辑 1；第 9 字节读出的是前面所有 8 个字节的 CRC 码，可用来保证通信正确。3DS18B20 的工作时序DS18B20 的一线工作协议流程是：初始化 ROM 操作指令存储器操作指令数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，如图 3（a ）（ b）（c）所示。4DS18B20 与单片机的典型接口设计图 4 以 MCS 51 系列单片机为例

6、，画出了 DS18B20 与微处理器的典型连接。图 4（a）中 DS18B20 采用寄生电源方式，其 VDD 和 GND 端均接地，图 4（b ）中 DS18B20 采用外接电源方式，其 VDD 端用 3V5.5V 电源供电。假设单片机系统所用的晶振频率为 12MHz，根据 DS18B20 的初始化时序、写时序和读时序，分别编写了 3 个子程序：INIT 为初始化子程序，WRITE 为写（命令或数据）子程序，READ 为读数据子程序，所有的数据读写均由最低位开始。DATEQUP1.0INIT:CLREAINI10:SETBDATMOVR2,200 a）寄生电源工作方式（b）外接电源工作方式图

7、4DS18B20 与微处理器的典型连接图INI11:CLRDATDJNZR2,INI11；主机发复位脉冲持续 3s200=600sSETBDAT；主机释放总线，口线改为输入MOVR2,30IN12:DJNZR2,INI12；DS18B20 等待 2s30=60sCLRCORLC,DAT；DS18B20 数据线变低（存在脉冲）吗？JCINI10；DS18B20 未准备好，重新初始化MOVR6,80INI13:ORLC,DATJCINI14；DS18B20 数据线变高，初始化成功DJNZR6,INI13；数据线低电平可持续 3s80=240sSJMPINI10；初始化失败，重来INI14:MOVR

8、2, 240IN15:DJNZR2,INI15；DS18B20 应答最少 2s240=480sRET；WRITE:CLREAMOVR3,8；循环 8 次，写一个字节WR11:SETBDATMOVR4,8RRCA；写入位从 A 中移到 CYCLRDATWR12:DJNZR4,WR12；等待 16sMOVDAT,C；命令字按位依次送给 DS18B20MOVR4,20WR13:DJNZR4,WR13；保证写过程持续 60sDJNZR3,WR11；未送完一个字节继续SETBDATRET；READ:CLREAMOVR6,8；循环 8 次，读一个字节RD11:CLRDATMOVR4,4NOP；低电平持续

9、2sSETBDAT；口线设为输入RD12:DJNZR4,RD12；等待 8sMOVC,DAT；主机按位依次读入 DS18B20 的数据RRCA；读取的数据移入 AMOVR5,30RD13:DJNZR5,RD13；保证读过程持续 60sDJNZR6,RD11；读完一个字节的数据，存入 A 中SETBDATRET；主机控制 DS18B20 完成温度转换必须经过三个步骤：初始化、ROM 操作指令、存储器操作指令。必须先启动 DS18B20 开始转换，再读出温度转换值。假设一线仅挂接一个芯片，使用默认的 12 位转换精度，外接供电电源，可写出完成一次转换并读取温度值子程序 GETWD。GETWD:LC

10、ALLINITMOV A,0CCHLCALL WRITE；发跳过 ROM 命令MOV A,44HLCALL WRITE；发启动转换命令LCALL INITMOV A,0CCH LCALL WRITE；发跳过 ROM 命令MOV A,0BEH LCALL WRITE；发读存储器命令LCALL READMOV WDLSB,A；温度值低位字节送 WDLSBLCALL READMOV WDMSB,A；温度值高位字节送 WDMSBRET子程序 GETWD 读取的温度值高位字节送 WDMSB 单元，低位字节送 WDLSB 单元，再按照温度值字节的表示格式及其符号位，经过简单的变换即可得到实际温度值。如果一线上挂接多个 DS18B20、采用寄生电源连接方式、需要进行转换精度配置、高低限报警等，则子程序 GETWD 的编写就要复杂一些，限于篇幅，这一部分不再详述，请参阅相关内容。我们已成功地将 DS18B20 应用于所开发的 “家用采暖洗浴器”控制系统中，其转换速度快，转换精度高，与微处理器的接口简单，给硬件设计工作带来了极大的方便，能有效地降低成本，缩短开发周期。