DS18B20是由 DALLAS半导体公司推出的一种“一线总线(单总线)”接口的温度传感器。与传统的热敏申阻等测温元件相比,它是一种新型的体积小,适用电压宽、与微处理器接口简单的数字化温度传感器。
具有如下特点:
1、适应电压范围更宽,电压范围:3.0~5.5 V,在寄生电源方式下可由数据线供电。
2、独特的单线接口方式,DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
3、DS18B20支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上实现组网多点测温。
4、DS18B20在使用中不需要任何外围元件,全部传感元件及转换电路集成在一只三极管的集成电路内。
5、温范围-55 ~ +125℃,在-10 ~ +85℃时精度为士0.5℃。
6、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℃,可实现高精度测温。
7、在9位分辨率时最多在93.75 ms,内把温度转换为数字,12位分辨率750 ms 内把温度值转换为数字,速度更快。
8、测量结果直接输出数字温度信号,以”一根总线"串行传送给 CPU,同时可传送CRC 校验码,具有极强的抗干扰纠错能力。
9、负压特性:电源极性接反时,芯片不会因发热而烧毁,但不能正常工作
引脚说明:正对传感器切面(即印有型号字符的那一面)时,管脚顺序从左到右分别为GND、数据DQ、VDD。
单总线系统
在每个DS18B20内部都有一个唯一的64位长的序列号,这个序列号值就存在DS18B20内部的ROM中。开始的8位是产品类型编码(DS18B20是28H),接着的48位是每个器件唯一的序号,最后的8位是CRC校验码。总线系统使用单总线主控来控制一个或多个从机设备。每个DS18B20都有独立唯一的64位-ID,此特性决定了它可以将任意多的DS18b20挂载到一根总线上,通过ROM搜索读取相应DS18B20的温度值。
DS18B20内部构成:
主要由以下3部分组成: 64 位ROM,高速暂存器,存储器
64 位ROM存储独有的序列号: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。这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
高速暂存器包含:温度灵敏元件、低温触发器和高温触发器(TH和TL)、配置寄存器。
存储器:由一个高速的RAM和一个可擦除的EEPROM组成,EEPROM存储高温和低温触发器(TH和TL)以及配置寄存器的值,(就是存储低温和高温报警值以及温度分辨率)
DS18B20高速缓存器由9个字节组成
字节0~1 是温度存储器,用来存储转换好的温度。第0个字节存储温度低8位,第一个字节存储温度高8位
字节2~3 是用户用来设置最高报警和最低报警值(TH和TL)。
字节4 是配置寄存器,用来配置转换精度,可以设置为9~12 位。
字节5~7 保留位。芯片内部使用
字节8 CRC校验位。是64位ROM中的前56位编码的校验码。由CRC发生器产生。
DS18B20温度读取与计算
DS18B20采用16位补码的形式来存储温度数据,温度是摄氏度。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。
高字节的五个S为符号位,温度为正值时S=1,温度为负值时S=0
剩下的11位为温度数据位,对于12位分辨率,所有位全部有效,对于11位分辨率,位0(bit0)无定义,对于10位分辨率,位0和位1无定义,对于9位分辨率,位0,位1,和位2无定义
对应的温度计算:
当五个符号位S=0时,温度为正值,直接将后面的11位二进制转换为十进制,再乘以0.0625(12位分辨率),就可以得到温度值;
当五个符号位S=1时,温度为负值,先将后面的11位二进制补码变为原码(符号位不变,数值位取反后加1),再计算十进制值。再乘以0.0625(12位分辨率),就可以得到温度值;
例如:
+125℃的数字输出07D0(00000111 11010000) :转换成10进制是2000,对应摄氏度:0.0625x2000=125°C
-55℃的数字输出为 FC90:首先取反,然后+1,转换成原码为:11111011 01101111,数值位转换成10进制是870,对应摄氏度:-0.0625x870=-55°C。
工作流程:
初始化时序:主机输出低电平,保持低电平至少480us(480us~960us),以产生复位脉冲。接着主机释放总线(此时,外部的上拉电阻将单总线电平拉高),延时15~60us后,主机进入接收模式,等待检测从机发出的存在脉冲。然后芯片拉低总线60~240us,产生低电平应答脉冲,进行时延,从上拉电阻拉高电平到时延结束至少480us。
解释:1.单片机拉低总线至少480us,产生复位脉冲,然后释放总线(拉高电平)。
2.这时DS8B20检测到请求之后,会拉低信号,大约60~240us表示应答。
3.DS8B20拉低电平的60~240us之间,单片机读取总线的电平,如果是低电平,那么表示初始化成功
4.DS18B20拉低电平60~240us之后,会释放总线。
ROM操作:常用的有三个,其余可详见说明手册。
写时序
总线控制器通过控制单总线高低电平持续时间从而把逻辑1或0写DS18B20中。每次只传输1位数据
单片机想要给DS18B20写入一个0时,需要将单片机引脚拉低,延时60us,释放总线,延时2us。
单片机想要给DS18B20写入一个1时,需要将单片机引脚拉低,延时2us,释放总线,延时60us。
在写时序起始后15μs到60μs期间,DS18B20处于采样单总线电平状态。如果在此期间总线为高电平,则向DS18B20写入1;如果总线为低电平,则向DSl8B20写入0。
注意:2次写周期之间至少间隔1us
读时序
读时隙由主机拉低总线电平至少1μs然后再释放总线,读取DS18B20发送过来的1或者0
DS18B20在检测到总线被拉低1微秒后,便开始送出数据,若是要送出0就把总线拉为低电平直到读周期结束。若要送出1则释放总线为高电平。
注意:所有读时隙必须至少需要60us,且在两次独立的时隙之间至少需要1ps的恢复时间
同时注意:主机只有在发送读暂存器命令(0xBE)或读电源类型命令(0xB4)后,立即生成读时隙指令,DS18B20才能向主机传送数据。 也就是先发读取指令,再发送读时隙
最后一点: 写时序注意是先写命令的低字节,比如写入跳过ROM指令0xCC(11001100),写的顺序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹”,
读时序时是先读低字节,在读高字节,也就是先读取高速暂存器的第0个字节(温度的低8位),在读取高速暂存器的第1个字节(温度的高8位) 我们正常使用DS18B20读取温度读取两个温度字节即可