基于DS18B20温度传感器的设计

学习情境4-温度传感器的设计 之 基于DS18B20温度传感器的设计

☆ 点名，引言

Dallas公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持 \一线总线\接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。其测量温度范围为 -55°C～+125°C，在-10～+85°C范围内,精度为±0.5°C。现场温度直接以\一线总线\的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。DS18B20可以程序设定9～12位的分辨率，精度为±0.5°C。可选更小的封装方式，更宽的 电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。 DS18B20的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色！省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的EEPROM，精度降低为±2°C，适用于对性能要求不高，成本控制严格的使用，是经济型产品。 ☆ 新课讲授

4.1基于DS18B20温度传感器的设计表 4.1．1 DS18B20技术资料 1. DS18B20的新性能

(1) 可用数据线供电，电压范围：3.0-5.5V；

(2) 测温范围：-55 - +125℃，在-10 - +85℃时精度为±0.5℃；

(3) 可编程的分辨率为9~12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃；

(4) 12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字；

(5) 负压特性：电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 2. DS18B20的外形和内部结构

DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻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的管脚排列如下:

图4-1-1 DS18B20外形图

引脚定义：

(1) DQ为数字信号输入/输出端； (2) GND为电源地；

(3) VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 内部结构：

图 4-1-2 DS18B20内部结构图

DS18B20有4个主要的数据部件：

（1）光刻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。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻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。

（2） DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：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。

表1 DS18B20温度值格式表

这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。

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。 （3）DS18B20温度传感器的存储器

DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。 （4）配置寄存器

该字节各位的意义如下：

低五位一直都是1 ，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，如下表所示：（DS18B20出厂时被设置为12位）

表2 配置寄存器结构

TM R1 R0 1 1 1 1 1 表3 温度值分辨率设置表

R1 0 0 1 1 R0 0 1 0 1 分辨率 9位 10位 11位 12位 温度最大转换时间 93.75ms 187.5ms 375ms 750ms 3. 高速暂存存储器

高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表5所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式如表1所示。对应的温度计算：当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。表 2是对应的一部分温度值。第九个字节是冗余检验字节。

表4 DS18B20暂存寄存器分布 寄存器内容 温度值低位 温度值高位 高温限值TH 低温限值TL 字节地址 0 1 2 3