工作原理

DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s減為750ms。 測溫原理如圖3所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在-55℃所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預置值。

概述

數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應用場合的不同而改變其外觀。封裝后的可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域。

1: 技術性能描述

①、 *的單線接口方式，在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與的雙向通訊。

② 、測溫范圍 -55℃~+125℃，固有測溫誤差(注意，不是分辨率，這里之前是錯誤的)1℃。

③、支持多點組網(wǎng)功能，多個可以并聯(lián)在*的三線上，zui多只能并聯(lián)8個，實現(xiàn)多點測溫，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定。

④、工作電源: 3.0~5.5V/DC (可以數(shù)據(jù)線寄生電源)

⑤ 、在使用中不需要任何外圍元件

⑥、 測量結(jié)果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送

⑦ 、不銹鋼保護管直徑 Φ6

⑧ 、適用于DN15~25, DN40~DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設備測溫

⑨、 標準安裝螺紋 M10X1, M12X1.5, G1/2"任選

⑩ 、PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設備連接。

+ 和 Maxim Integrated 信息

Manufactured by Maxim Integrated, + is a 溫度傳感器.

應用范圍

該產(chǎn)品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領域。

軸瓦，缸體，紡機，空調(diào)，等狹小空間工業(yè)設備測溫和控制。

汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。

供熱/制冷管道熱量計量，*空調(diào)分戶熱能計量和工業(yè)領域測溫和控制。

型號規(guī)格

型 號 測溫范圍 安裝螺紋 電纜長度 適用管道

TS-18B20 -55~125 無 1.5 m

TS-18B20A -55~125 M10X1 1.5m DN15~25

TS-18B20B -55~125 1/2"G 接線盒 DN40~ 60

接線方法

面對著扁平的那一面，左負右正，一旦接反就會立刻發(fā)熱，有可能燒毀!同時，接反也是導致該傳感器總是顯示85℃的原因。

特點

*的一線接口，只需要一條口線通信 多點能力，簡化了分布式溫度傳感應用 無需外部元件 可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0 V至5.5 V 無需備用電源 測量溫度范圍為-55 ° C至+125 ℃ 。華氏相當于是-67 ° F到257華氏度 -10 ° C至+85 ° C范圍內(nèi)精度為±0.5 ° C

溫度傳感器可編程的分辨率為9~12位，溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字格式zui大值為750毫秒，用戶可定義的非易失性溫度報警設置，應用范圍包括恒溫控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費電子產(chǎn)品溫度計、或任何熱敏感系統(tǒng)

描述該的數(shù)字溫度計提供9至12位(可編程設備溫度讀數(shù))。由于是一條口線通信，所以*微處理器與只有一個一條口線連接。為讀寫以及溫度轉(zhuǎn)換可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量，不需要外接電源。 因為每一個的包含一個*的序號，多個ds18b20s可以同時存在于一條總線。這使得溫度傳感器放置在許多不同的地方。它的用途很多，包括空調(diào)環(huán)境控制，感測建筑物內(nèi)溫設備或機器，并進行過程監(jiān)測和控制。

采用一線通信接口。因為一線通信接口，必須在先完成ROM設定，否則記憶和控制功能將無法使用。主要首先提供以下功能命令之一: 1 )讀ROM， 2 )ROM匹配， 3 )搜索ROM， 4 )跳過ROM， 5 )報警檢查。這些指令操作作用在沒有一個器件的64位光刻ROM序列號，可以在掛在一線上多個器件選定某一個器件，同時，總線也可以知道總線上掛有有多少，什么樣的設備。

若指令成功地使完成溫度測量，數(shù)據(jù)存儲在的存儲器。一個控制功能指揮指示的演出測溫。測量結(jié)果將被放置在內(nèi)存中，并可以讓閱讀發(fā)出記憶功能的指揮，閱讀內(nèi)容的片上存儲器。溫度報警觸發(fā)器TH和TL都有一字節(jié)EEPROM 的數(shù)據(jù)。如果不使用報警檢查指令，這些寄存器可作為一般的用戶記憶用途。在片上還載有配置字節(jié)以理想的解決溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換。寫TH,TL指令以及配置字節(jié)利用一個記憶功能的指令完成。通過緩存器讀寄存器。所有數(shù)據(jù)的讀，寫都是從zui低位開始。

部件描述

存儲器

的存儲器包括高速暫存器RAM和可電擦除RAM，可電擦除RAM又包括溫度觸發(fā)器TH和TL，以及一個配置寄存器。存儲器能完整的確定一線端口的通訊，數(shù)字開始用寫寄存器的命令寫進寄存器，接著也可以用讀寄存器的命令來確認這些數(shù)字。當確認以后就可以用復制寄存器的命令來將這些數(shù)字轉(zhuǎn)移到可電擦除RAM中。當修改過寄存器中的數(shù)時，這個過程能確保數(shù)字的完整性。

高速暫存器RAM是由8個字節(jié)的存儲器組成;。用讀寄存器的命令能讀出第九個字節(jié)，這個字節(jié)是對前面的八個字節(jié)進行校驗。存儲器的結(jié)構(gòu)圖如圖4.6所示。

圖4.6 存儲器的結(jié)構(gòu)圖

64-位光刻ROM

64位光刻ROM的前8位是的自身代碼，接下來的48位為連續(xù)的數(shù)字代碼，zui后的8位是對前56位的CRC校驗。64-位的光刻ROM又包括5個ROM的功能命令:讀ROM，匹配ROM，跳躍ROM，查找ROM和報警查找。64-位光刻ROM的結(jié)構(gòu)圖如圖4.7所示。

圖4.7為64-位光刻ROM的結(jié)構(gòu)圖

外部電源的連接

可以使用外部電源VDD，也可以使用內(nèi)部的寄生電源。當VDD端口接3.0V-5.5V的電壓時是使用外部電源;當VDD端口接地時使用了內(nèi)部的寄生電源。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻。 連接圖如圖4.8、圖4.9所示。

圖4.8 使用寄生電源的連接圖

圖4.9外接電源的連接圖

4.3.4 溫度處理過程

配置寄存器

配置寄存器是配置不同的位數(shù)來確定溫度和數(shù)字的轉(zhuǎn)化。配置寄存器的結(jié)構(gòu)圖如圖4.10所示。

圖4.10 配置寄存器的結(jié)構(gòu)圖

由圖4.9可以知道R1，R0是溫度的決定位，由R1，R0的不同組合可以配置為9位，10位，11位，12位的溫度顯示。這樣就可以知道不同的溫度轉(zhuǎn)化位所對應的轉(zhuǎn)化時間，四種配置的分辨率分別為0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃，出廠時以配置為12位。溫度的決定配置圖如圖8所示。

圖4.11 溫度的決定配置圖

溫度的讀取

在出廠時以配置為12位，讀取溫度時共讀取16位，前5個位為符號位，當前5位為1時，讀取的溫度為負數(shù);當前5位為0時，讀取的溫度為正數(shù)。溫度為正時讀取方法為:將16進制數(shù)轉(zhuǎn)換成10進制即可。溫度為負時讀取方法為:將16進制取反后加1，再轉(zhuǎn)換成10進制即可。例:0550H = +85 度，F(xiàn)C90H = -55 度。

?控制方法

有六條控制命令，如表4.1所示:

表4.1 為有六條控制命令

指 令 約定代碼 操 作 說 明

溫度轉(zhuǎn)換 44H 啟動進行溫度轉(zhuǎn)換

讀暫存器 BEH 讀暫存器9字節(jié)二進制數(shù)字

寫暫存器 4EH 將數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH、TL字節(jié)

復制暫存器 48H 把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E2PROM中

重新調(diào)E2PROM B8H 把E2PROM中的TH、TL字節(jié)寫到暫存器TH、TL字節(jié)

讀電源供電方式 B4H 啟動發(fā)送電源供電方式的信號給主CPU

初始化

(1) 先將數(shù)據(jù)線置高電平"1"。

(2) 延時(該時間要求的不是很嚴格，但是盡可能的短一點)

(3) 數(shù)據(jù)線拉到低電平"0"。

(4) 延時750微秒(該時間的時間范圍可以從480到960微秒)。

(5) 數(shù)據(jù)線拉到高電平"1"。

(6) 延時等待(如果初始化成功則在15到60微秒時間之內(nèi)產(chǎn)生一個由所返回的低電平"0"。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應注意不能無限的進行等待，不然會使程序進入死循環(huán)，所以要進行超時控制)。

(7) 若CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平"0"后，還要做延時，其延時的時間從發(fā)出的高電平算起(第(5)步的時間算起)zui少要480微秒。

(8) 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平"1"后結(jié)束。

其時序如圖4.13所示:

圖4.13 初始化時序圖

寫操作

(1) 數(shù)據(jù)線先置低電平"0"。

(2) 延時確定的時間為15微秒。

(3) 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)(一次只發(fā)送一位)。

(4) 延時時間為45微秒。

(5) 將數(shù)據(jù)線拉到高電平。

(6) 重復上(1)到(6)的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。

(7) zui后將數(shù)據(jù)線拉高。

的寫操作時序圖如圖4.14所示。

圖4.14 的寫操作時序圖

讀操作

(1)將數(shù)據(jù)線拉高"1"。

(2)延時2微秒。

(3)將數(shù)據(jù)線拉低"0"。

(4)延時3微秒。

(5)將數(shù)據(jù)線拉高"1"。

(6)延時5微秒。

(7)讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個狀態(tài)位，并進行數(shù)據(jù)處理。

(8)延時60微秒。

的讀操作時序圖如圖4.15所示。

圖4.15 的讀操作圖

數(shù)字溫度傳感器介紹

1、的主要特性

1.1、適應電壓范圍更寬，電壓范圍:3.0~5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電

1.2、*的單線接口方式，在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與的雙向通訊

1.3、 支持多點組網(wǎng)功能，多個可以并聯(lián)在*的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫

1.4、在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)

1.5、溫范圍-55℃~+125℃，在-10~+85℃時精度為±0.5℃

1.6、可編程 的分辨率為9~12位，對應的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實現(xiàn)高精度測溫

1.7、在9位分辨率時zui多在 93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時zui多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快

1.8、測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以"一 線總線"串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有*的抗干擾糾錯能力

1.9、負壓特性:電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。

2、的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)

內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成:64位光刻ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。

的外形及管腳排列如下圖1:

引腳定義:

(1)DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端;

(2)GND為電源地;

(3)VDD為外接供電電源輸入端(在寄生電源接線方式時接地)。

圖2:內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

3、工作原理

的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s 減為750ms。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在-55℃所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重 新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測溫度。圖3中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預置值。

圖3:測溫原理框圖有4個主要的數(shù)據(jù)部件:

(1)光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是:開始8位 (28H)是產(chǎn)品類型標號，接著的48位是該自身的序列號，zui后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻ROM的作用 是使每一個都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個的目的。

(2)中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以 0.0625℃/LSB形式表達，其中S為符號位。

表1: 溫度值格式表

這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0， 這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度;如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際 溫度。 例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625℃的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625℃的數(shù)字輸出為FE6FH，-55℃的數(shù)字輸出為FC90H 。

表2: 溫度數(shù)據(jù)表

(3)溫度傳感器的存儲器 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。

(4)配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下:

表3:配置寄存器結(jié)構(gòu)

低五位一直都是"1"，TM是測試模式位，用于設置在工作模式還是在測試模式。在出廠時該位被設置為0，用 戶不要去改動。R1和R0用來設置分辨率，如下表所示:(出廠時被設置為12位)

表4:溫度分辨率設置表

4、高速暫存存儲器高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配如表5所示。當溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在 高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如表1所示。對應的溫度計算: 當符號位S=0時，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制;當S=1時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。表 2是對應的一部分溫度值。第九個字節(jié)是 冗余檢驗字節(jié)。

表5:暫存寄存器分布

根據(jù)的通訊協(xié)議，主機(單片機)控制完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟:每一次讀寫之前都要對進行 復位操作，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，zui后發(fā)送RAM指令，這樣才能對進行預定的操作。復位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后 釋放，當收到信號后等待16~60微秒左右，后發(fā)出60~240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。

表6:ROM指令表

表6:RAM指令表

5、的應用電路測溫系統(tǒng)具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點。下面就是幾個不同應用方式下的 測溫電路圖:

5.1、寄生電源供電方式電路圖如下面圖4所示，在寄生電源供電方式下，從單線信號線上汲取能量:在信號線DQ處于高電平期間把能量儲存在內(nèi)部 電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源(電容)充電。

*的寄生電源方式有三個好處:

1)進行遠距離測溫時，無需本地電源

2)可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取ROM

3)電路更加簡潔，僅用一根I/O口實現(xiàn)測溫

要想使進行的溫度轉(zhuǎn)換，I/O線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由 于每個在溫度轉(zhuǎn)換期間工作電流達到1mA，當幾個溫度傳感器掛在同一根I/O線上進行多點測溫時，只靠4.7K上拉電阻就無法提供足夠的 能量，會造成無法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差*。

因此，圖4電路只適應于單一溫度傳感器測溫情況下使用，不適宜采用電池供電系統(tǒng)中。并 且工作電源VCC必須保證在5V，當電源電壓下降時，寄生電源能夠汲取的能量也降低，會使溫度誤差變大。

圖4

5.2、寄生電源強上拉供電方式電路圖改進的寄生電源供電方式如下面圖5所示，為了使在動態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電流供應，當進行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到 E2存儲器操作時，用MOSFET把I/O線直接拉到VCC就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到E2存儲器或啟動溫度轉(zhuǎn)換的指令后，必須在zui 多10μS內(nèi)把I/O線轉(zhuǎn)換到強上拉狀態(tài)。在強上拉方式下可以解決電流供應不走的問題，因此也適合于多點測溫應用，缺 點就是要多占用一根I/O口線進行強上拉切換。

圖5圖5

注意:在圖4和圖5寄生電源供電方式中，的VDD引腳必須接地

5.3、的外部電源供電方式

在外部電源供電方式下，工作電源由VDD引腳接入，此時I/O線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證 轉(zhuǎn)換精度，同時在總線上理論可以掛接任意多個傳感器，組成多點測溫系統(tǒng)。注意:在外部供電的方式下，的GND引腳不能懸空 ，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85℃。

圖6:外部供電方式單點測溫電路圖6.

.

.

.

.

圖7:外部供電方式的多點測溫電路圖圖7外部電源供電方式是的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗*力強，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度 監(jiān)控系統(tǒng)。站長*大家在開發(fā)中使用外部電源供電方式，畢竟比寄生電源方式只多接一根VCC引線。在外接電源方式下， 可以充分發(fā)揮寬電源電壓范圍的優(yōu)點，即使電源電壓VCC降到3V時，依然能夠保證溫度量精度。

6、DS1820使用中注意事項

DS1820雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題:

6.1、較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此 ，在對DS1820進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用PL/M、C等語言進行系統(tǒng)程序設計時，對 DS1820操作部分采用匯編語言實現(xiàn)。

6.2、在DS1820的有關資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個 DS1820，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛DS1820超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時 要加以注意。

6.3、連接DS1820的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的 測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正 常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用DS1820進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考 慮總線分布電容和阻抗匹配問題。

6.4、在DS1820測溫程序設計中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號，一旦 某個DS1820接觸不好或斷線，當程序讀該DS1820時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS1820硬件連接和軟件設計時也要給予 一定的重視。 測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點接地。

折疊編輯本段應用舉例及程序代碼段

利用構(gòu)成的數(shù)字溫度計

用一片構(gòu)成測溫系統(tǒng)，測量的溫度精度達到0.1度，測量的溫度的范圍在-20度到+100度之間，用8位數(shù)碼管顯示出來

讀取溫度程序代碼