DS18B20 数字温度传感器应用详解

沈阳单片机开发网——帮您精确掌握电子器件的使用细节 www.symcukf.com DS18B20 数字温度传感器应用详解 在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测 量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另 外一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而 产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温 度传感器是解决这些问题的最有效 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，新型数字温度传感器 DS18B20 具有体积更小、精度 更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。 新的"一线器件"DS18B20 体积更小、适用电压更宽、更经济。 美国 Dallas 半导体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，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路 集成在形如一只三极管的集成电路内。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。现在，新一代的 DS18B20 体积更小、更经济、 更灵活。使你可以充分发挥“一线总线”的优点。目前 DS18B20 批量采购价格仅 10 元左右。 DS18B20、DS1822 "一线总线"数字化温度传感器。 同 DS1820 一样，DS18B20 也支持"一线总线"接口，测量温度范围为-55°C～+125°C， 在-10～+85°C 范围内，精度为±0.5°C。DS1822 的精度较差为±2°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。与前一代产品不同，新的产品支 持 3V～5.5V 的电压范围，使系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。 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！DS1822 与 DS18B20 软件兼容，是 DS18B20 的简化版本。省略了存储用户定义报警温度、分辨率 参数 转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应 的 EEPROM， 精度降低为±2°C，适用于对性能要求不高，成本控制严格的应用，是经济型产品。 继" 一线总线"的早期产品后，DS1820 开辟了温度传感器技术的新概念。DS18B20 和 DS1822 使电 压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。 一、DS18B20 的主要特性 （1）适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，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形如一只三 极管的集成电路内 （5）温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±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 93.75ms 内把温度转换为数字，12 位分辨率时最多在 750ms 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"一线总线"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。 1 沈阳单片机开发网——帮您精确掌握电子器件的使用细节 www.symcukf.com 二、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: DS18B20 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）。 三、DS18B20 工作原理 DS18B20 的读写时序和测温原理与 DS1820 相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不 同而不同，且温度转换时的延时时间由 2s 减为 750ms。 DS18B20 测温原理如图 3 所示。图 中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器 1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器 2 的脉冲输入。 计数器 1 和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。计数器 1 对低温度系数晶振产 生的脉冲信号进行减法计数，当计数器 1 的预置值减到 0时，温度寄存器的值将加 1，计数 器 1 的预置将重新被装入，计数器 1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数， 如此循环直到计数器 2计数到 0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即 为所测温度。图 3 中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计 数器 1 的预置值。 2 沈阳单片机开发网——帮您精确掌握电子器件的使用细节 www.symcukf.com 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 沈阳单片机开发网——帮您精确掌握电子器件的使用细节 www.symcukf.com （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） 四、 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 4 沈阳单片机开发网——帮您精确掌握电子器件的使用细节 www.symcukf.com 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。 根据 DS18B20 的通讯 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 ，主机（单片机）控制 DS18B20 完成温度转换必须经过三个步 骤：每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位操作，复位成功后发送一条 ROM 指令，最后发 送 RAM 指令，这样才能对 DS18B20 进行预定的操作。复位要求主 CPU 将数据线下拉 500 微秒， 然后释放，当 DS18B20 收到信号后等待 16～60 微秒左右，后发出 60～240 微秒的存在低脉 冲，主 CPU 收到此信号表示复位成功。 5 沈阳单片机开发网——帮您精确掌握电子器件的使用细节 www.symcukf.com 五、DS18B20 的应用电路 DS18B20 测温系统具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点。下 面就是 DS18B20 几个不同应用方式下的测温电路图： [1]、DS18B20 寄生电源供电方式电路图 如下面图 4所示，在寄生电源供电方式下，DS18B20 从单线信号线上汲取能量：在信号 线 DQ 处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电 能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。独特的寄生电源方式有三个好处： 1）进行远距离测温时，无需本地电源 2）可以在没有常规电源的条件下读取 ROM 3）电路更加简洁，仅用一根 I/O 口实现测温 要想使DS18B20进行精确的温度转换，I/O线必须保证在温度转换期间提供足够的能量， 由于每个 DS18B20 在温度转换期间工作电流达到 1mA，当几个温度传感器挂在同一根 I/O 线 上进行多点测温时，只靠 4.7K 上拉电阻就无法提供足够的能量，会造成无法转换温度或温 度误差极大。 因此，图 4 电路只适应于单一温度传感器测温情况下使用，不适宜采用电池供电系统中。 并且工作电源 VCC 必须保证在 5V，当电源电压下降时，寄生电源能够汲取的能量也降低， 会使温度误差变大。 注： 站长曾经就此电路做过实验，在实验中，降低电源电压 VCC，当低于 4.5V 时，测 出的温度值比实际的温度高，误差较大。当电源电压降为 4V 时，温度误差有 3℃之多，这 就应该是因为寄生电源汲取能量不够造成的吧，因此，站长建议大家在开发测温系统时不要 使用此电路。 6 沈阳单片机开发网——帮您精确掌握电子器件的使用细节 www.symcukf.com [2]、DS18B20 寄生电源强上拉供电方式电路图 改进的寄生电源供电方式如下面图 5 所示，为了使 DS18B20 在动态转换周期中获得足够 的电流供应，当进行温度转换或拷贝到 E2 存储器操作时，用 MOSFET 把 I/O 线直接拉到 VCC 就可提供足够的电流，在发出任何涉及到拷贝到 E2 存储器或启动温度转换的指令后，必须 在最多10μS内把I/O线转换到强上拉状态。在强上拉方式下可以解决电流供应不走的问题， 因此也适合于多点测温应用，缺点就是要多占用一根 I/O 口线进行强上拉切换。 注意：在图 4 和图 5 寄生电源供电方式中，DS18B20 的 VDD 引脚必须接地 [3]、DS18B20 的外部电源供电方式 在外部电源供电方式下，DS18B20 工作电源由 VDD 引脚接入，此时 I/O 线不需要强上拉， 不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时在总线上理论可以挂接任意多个 DS18B20 传感器，组成多点测温系统。注意：在外部供电的方式下，DS18B20 的 GND 引脚不 能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是 85℃。 7 沈阳单片机开发网——帮您精确掌握电子器件的使用细节 www.symcukf.com 图 7：外部供电方式的多点测温电路图 外部电源供电方式是 DS18B20 最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电 路也比较简单，可以开发出稳定可靠的多点温度监控系统。站长推荐大家在开发中使用外部 电源供电方式，毕竟比寄生电源方式只多接一根 VCC 引线。在外接电源方式下，可以充分发 挥 DS18B20 宽电源电压范围的优点，即使电源电压 VCC 降到 3V 时，依然能够保证温度量精 度。 六、DS1820 使用中注意事项 DS1820 虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实 际应用中也应注意以下几方面的问题： 1) 较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于 DS1820 与微处理器间采用串行 数据传送，因此，在对 DS1820 进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读 取测温结果。在使用 PL/M、C 等高级语言进行系统程序设计时，对 DS1820 操作部分最好采 用汇编语言实现。 2) 在 DS1820 的有关资料中均未提及单总线上所挂 DS1820 数量问题，容易使人误认为 可以挂任意多个 DS1820，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂 DS1820 超过 8 个时，就 需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。 3) 连接 DS1820 的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超 过 50m 时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯 距离可达 150m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加 长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用 DS1820 进行 长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。 4) 在 DS1820 测温程序设计中，向 DS1820 发出温度转换命令后，程序总要等待 DS1820 的返回信号，一旦某个 DS1820 接触不好或断线，当程序读该 DS1820 时，将没有返回信号， 程序进入死循环。这一点在进行 DS1820 硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。 测温电缆线建议采用屏蔽 4 芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接 VCC 和地 线，屏蔽层在源端单点接地。 8