基于用DS18B20设计的数字温度计实验介绍

接线图 2024年02月20日 21:09 191 admin

DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。

1．DS18B20产品的特点

　　（1）、只要求一个端口即可实现通信。

　　（2）、在DS18B20中的每个器件上都有的序列号。

　　（3）、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。

　　（4）、测量温度范围在－55。C到＋125。C之间。

　　（5）、数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。

　　（6）、内部有温度上、下限告警设置。

2．DS18B20的引脚介绍

　　TO－92封装的DS18B20的引脚排列见图1，其引脚功能描述见表1。

基于用DS18B20设计的数字温度计实验介绍第1张

（底视图）图1

基于用DS18B20设计的数字温度计实验介绍第2张

　　表1DS18B20详细引脚功能描述序号名称引脚功能描述

1GND地信号

2DQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。

3VDD可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。

3．DS18B20的使用方法

　　由于DS18B20采用的是1－Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。
　　由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。

DS18B20的复位时序

基于用DS18B20设计的数字温度计实验介绍第3张

DS18B20的读时序

　　对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。

　　对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15微秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。

基于用DS18B20设计的数字温度计实验介绍第4张

DS18B20的写时序

　　对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。

　　对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。

基于用DS18B20设计的数字温度计实验介绍第5张

4、DS18B20的接线说明

　　特点独特的一线接口，只需要一条口线通信多点能力，简化了分布式温度传感应用无需外部元件可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5 V 无需备用电源测量温度范围为-55 ° C至+125 ℃ 。华氏相当于是-67 ° F到257华氏度 -10 ° C至+85 ° C范围内为±0.5 ° C
　　温度传感器可编程的分辨率为9~12位温度转换为12位数字格式值为750毫秒用户可定义的非易失性温度报警设置应用范围包括恒温控制，工业系统，消费电子产品温度计，或任何热敏感系统
　　描述该DS18B20的数字温度计提供9至12位（可编程设备温度读数。信息被发送到/从DS18B20 通过1线接口，所以中央微处理器与DS18B20只有一个一条口线连接。为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，多个ds18b20s可以同时存在于一条总线。这使得温度传感器放置在许多不同的地方。它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测和控制。
　　8引脚封装 TO-92封装用途描述
　　5 1 接地接地
　　4 2 数字信号输入输出，一线输出：源极开路
　　3 3 电源可选电源管脚。见"寄生功率"一节细节方面。电源必须接地，为行动中，寄生虫功率模式。
　　不在本表中所有管脚不须接线。
　　概况框图图1显示的主要组成部分DS18B20的。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。该装置信号线高的时候，内部电容器储存能量通由1线通信线路给片子供电，而且在低电平期间为片子供电直至下一个高电平的到来重新充电。 DS18B20的电源也可以从外部3V-5 .5V的电压得到。
　　DS18B20采用一线通信接口。因为一线通信接口，必须在先完成ROM设定，否则记忆和控制功能将无法使用。主要首先提供以下功能命令之一： 1 ）读ROM， 2 ）ROM匹配， 3 ）搜索ROM， 4 ）跳过ROM， 5 ）报警检查。这些指令操作作用在没有一个器件的64位光刻ROM序列号，可以在挂在一线上多个器件选定某一个器件，同时，总线也可以知道总线上挂有有多少，什么样的设备。
　　若指令成功地使DS18B20完成温度测量，数据存储在DS18B20的存储器。一个控制功能指挥指示DS18B20的演出测温。测量结果将被放置在DS18B20内存中，并可以让阅读发出记忆功能的指挥，阅读内容的片上存储器。温度报警触发器TH和TL都有一字节EEPROM 的数据。如果DS18B20不使用报警检查指令，这些寄存器可作为一般的用户记忆用途。在片上还载有配置字节以理想的解决温度数字转换。写TH,TL指令以及配置字节利用一个记忆功能的指令完成。通过缓存器读寄存器。所有数据的读，写都是从位开始。
　　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，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
　　4.3.1
　　DS18B20的管脚排列如图4.4所示。
　　图4.4DS18B20的管脚排列如图
　　DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM，温度传感器，温度报警触发器TH和TL,配置寄存器。DS18B20内部结构图如图4.5所示。
　　图4.5 DS18B20内部结构图
　　4.3.2存储器
　　DS18B20的存储器包括高速暂存器RAM和可电擦除RAM，可电擦除RAM又包括温度触发器TH和TL，以及一个配置寄存器。存储器能完整的确定一线端口的通讯，数字开始用写寄存器的命令写进寄存器，接着也可以用读寄存器的命令来确认这些数字。当确认以后就可以用复制寄存器的命令来将这些数字转移到可电擦除RAM中。当修改过寄存器中的数时，这个过程能确保数字的完整性。
　　高速暂存器RAM是由8个字节的存储器组成；和第二个字节是温度的显示位。第三和第四个字节是复制TH和TL，同时第三和第四个字节的数字可以更新；第五个字节是复制配置寄存器，同时第五个字节的数字可以更新；六、七、八三个字节是计算机自身使用。用读寄存器的命令能读出第九个字节，这个字节是对前面的八个字节进行校验。存储器的结构图如图4.6所示。
　　图4.6 存储器的结构图
　　4.3.3 64-位光刻ROM
　　64位光刻ROM的前8位是DS18B20的自身代码，接下来的48位为连续的数字代码，的8位是对前56位的CRC校验。64-位的光刻ROM又包括5个ROM的功能命令：读ROM，匹配ROM，跳跃ROM，查找ROM和报警查找。64-位光刻ROM的结构图如图4.7所示。
　　图4.7位64-位光刻ROM的结构图
　　4.3.4 DS18B20外部电源的连接方式
　　DS18B20可以使用外部电源VDD，也可以使用内部的寄生电源。当VDD端口接3.0V—5.5V的电压时是使用外部电源；当VDD端口接地时使用了内部的寄生电源。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线要接5KΩ左右的上拉电阻。连接图如图4.8、图4.9所示。
　　图4.8 使用寄生电源的连接图
　　图4.9外接电源的连接图
　　4.3.4 DS18B20温度处理过程
　　4.3.4.1配置寄存器
　　配置寄存器是配置不同的位数来确定温度和数字的转化。配置寄存器的结构图如图4.10所示。
　　图4.10 配置寄存器的结构图
　　由图4.9可以知道R1，R0是温度的决定位，由R1，R0的不同组合可以配置为9位，10位，11位，12位的温度显示。这样就可以知道不同的温度转化位所对应的转化时间，四种配置的分辨率分别为0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃，出厂时以配置为12位。温度的决定配置图如图8所示。
　　图4.11 温度的决定配置图
　　4.3.4.2 温度的读取
　　DS18B20在出厂时以配置为12位，读取温度时共读取16位，所以把后11位的2进制转化为10进制后在乘以0.0625便为所测的温度，还需要判断正负。前5个数字为符号位，当前5位为1时，读取的温度为负数；当前5位为0时，读取的温度为正数。16位数字摆放是从低位到高位，温度的关系图如图4.12所示。
　　图4.12为温度的关系图
　　4.3.4.3．DS18B20控制方法
　　DS18B20有六条控制命令，如表4.1所示：
　　表4.1 为DS18B20有六条控制命令
　　指令约定代码操作说明
　　温度转换 44H 启动DS18B20进行温度转换
　　读暂存器 BEH 读暂存器9位二进制数字
　　写暂存器 4EH 将数据写入暂存器的TH、TL字节
　　复制暂存器 48H 把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中
　　重新调E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节
　　读电源供电方式 B4H 启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU
　　4.3.4.4 DS18B20的初始化
　　（1）先将数据线置高电平“1”。
　　（2）延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）
　　（3）数据线拉到低电平“0”。
　　（4）延时750微秒（该时间的时间范围可以从480到960微秒）。
　　（5）数据线拉到高电平“1”。
　　（6）延时等待（如果初始化成功则在15到60毫秒时间之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）。
　　（7）若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要480微秒。
　　（8）将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。
　　其时序如图4.13所示：
　　图4.13 初始化时序图
　　4.3.4.5 DS18B20的写操作
　　（1）数据线先置低电平“0”。
　　（2）延时确定的时间为15微秒。
　　（3）按从低位到高位的顺序发送字节（只发送一位）。
　　（4）延时时间为45微秒。
　　（5）将数据线拉到高电平。
　　（6）重复上（1）到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为止。
　　（7）将数据线拉高。
　　DS18B20的写操作时序图如图4.14所示。
　　图4.14 DS18B20的写操作时序图
　　4.3.4.6 DS18B20的读操作
　　（1）将数据线拉高“1”。
　　（2）延时2微秒。
　　（3）将数据线拉低“0”。
　　（4）延时15微秒。
　　（5）将数据线拉高“1”。
　　（6）延时15微秒。
　　（7）读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理。
　　（8）延时30微秒。