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單總線溫度傳感器DS18B20簡介及應(yīng)用

單總線溫度傳感器DS18B20簡介及應(yīng)用

作者:佚名來源:不詳錄入:jdzj868 更新時間：2009-7-9 16:48:57 點擊數(shù)：0

【字體：

】

DS18B20溫度數(shù)據(jù)表
上表是DS18B20溫度采集轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在DS18B20的兩個8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于或等于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。
溫度轉(zhuǎn)換計算方法舉例：例如當(dāng)DS18B20采集到+125℃的實際溫度后，輸出為07D0H，則：
實際溫度=07D0H╳0.0625=2000╳0.0625=125⁰C。例如當(dāng)DS18B20采集到-55℃的實際溫度后，輸出為FC90H，則應(yīng)先將11位數(shù)據(jù)位取反加1得370H（符號位不變，也不作為計算），則：實際溫度=370H╳0.0625=880╳0.0625=55⁰C。

DS18B20軟、硬件設(shè)計本實例介紹DS18B20與單片機(jī)之間的軟、硬件接口，通過單片機(jī)來讀取DS18B20的溫度值，并將溫度值通過數(shù)碼管顯示出來。在實驗中先要將功能選擇開關(guān)調(diào)到DS18B20位置上。
/*********************************包含頭文件********************************/#include <reg51.h> /*******************************共陽LED段碼表*******************************/unsigned char code tab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};/*********************************端口定義**********************************/sbit DQ=P3^3; //數(shù)據(jù)傳輸線接單片機(jī)的相應(yīng)的引腳/*********************************定義全局變量******************************/unsigned char tempL=0; //臨時變量低位unsigned char tempH=0; //臨時變量高位float temperature; //溫度值/****************************************************************************函數(shù)功能:延時子程序入口參數(shù):k出口參數(shù):****************************************************************************/void delay(unsigned int k){ unsigned int n; n=0; while(n < k) {n++;} return; } /****************************************************************************函數(shù)功能:數(shù)碼管掃描延時子程序入口參數(shù):出口參數(shù):****************************************************************************/void delay1(void){int k;for(k=0;k<400;k++);}/****************************************************************************函數(shù)功能:數(shù)碼管顯示子程序入口參數(shù):k出口參數(shù):****************************************************************************/void display(int k){P2=0xfe; P0=tab[k/1000];delay1();P2=0xfd;P0=tab[k%1000/100];delay1();P2=0xfb;P0=tab[k%100/10];delay1();P2=0xf7;P0=tab[k%10];delay1();P2=0xff;}/****************************************************************************函數(shù)功能:DS18B20初始化子程序入口參數(shù):出口參數(shù):****************************************************************************/Init_DS18B20(void){unsigned char x=0;DQ=1; //DQ先置高delay(8); //延時DQ=0; //發(fā)送復(fù)位脈沖delay(85); //延時（>480ms)DQ=1; //拉高數(shù)據(jù)線delay(14); //等待（15~60ms) }/****************************************************************************函數(shù)功能:向DS18B20讀一字節(jié)數(shù)據(jù)入口參數(shù):出口參數(shù):dat****************************************************************************/ReadOneChar(void) {unsigned char i=0; unsigned char dat=0;for (i=8;i>0;i--) {DQ=1;delay(1);DQ=0; dat>>=1;DQ=1;if(DQ)dat|=0x80;delay(4);}return(dat);}/****************************************************************************函數(shù)功能:向DS18B20寫一字節(jié)數(shù)據(jù)入口參數(shù):dat出口參數(shù):****************************************************************************/WriteOneChar(unsigned char dat){ unsigned char i=0; for(i=8;i>0;i--) {DQ=0; DQ=dat&0x01;delay(5);DQ=1;dat>>=1;}delay(4);}/****************************************************************************函數(shù)功能:向DS18B20讀溫度值入口參數(shù):出口參數(shù):temperature****************************************************************************/ReadTemperature(void){ Init_DS18B20(); //初始化WriteOneChar(0xcc); //跳過讀序列號的操作WriteOneChar(0x44); //啟動溫度轉(zhuǎn)換delay(125); //轉(zhuǎn)換需要一點時間，延時Init_DS18B20(); //初始化WriteOneChar(0xcc); //跳過讀序列號的操作WriteOneChar(0xbe); //讀溫度寄存器（頭兩個值分別為溫度的低位和高位）tempL=ReadOneChar(); //讀出溫度的低位LSBtempH=ReadOneChar(); //讀出溫度的高位MSB //溫度轉(zhuǎn)換，把高低位做相應(yīng)的運(yùn)算轉(zhuǎn)化為實際溫度temperature=((tempH*256)+tempL)*0.0625; delay(200);return(temperature);}/****************************************************************************函數(shù)功能:主程序入口參數(shù):出口參數(shù):****************************************************************************/ void main(){ float i;while(1){i=ReadTemperature();display(i);}}

DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的單總線式數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、搞干擾能力強(qiáng)、易配處理器等優(yōu)點，特別適用于構(gòu)成多點溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號（提供9位二進(jìn)制數(shù)字）給單片機(jī)處理，且在同一總線上可以掛接多個傳感器芯片。它具有3引腳TO－92小體積封裝形式，溫度測量范圍為－55℃～＋125℃，可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá)0.0625℃，被測溫度用符號擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生，多個DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與多個DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點溫度檢測系統(tǒng)。 DS18B20外形及引腳說明外形及引腳如圖2所示：圖2 管腳排列圖在TO-92和SO-8的封裝中引腳有所不同，具體差別請查閱PDF手冊，在TO-92封裝中引腳分配如下：1（GND）：地
2（DQ）：單線運(yùn)用的數(shù)據(jù)輸入輸出引腳
3（VDD）：可選的電源引腳DS18B20工作過程及時序DS18B20內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器，為計數(shù)器1提供一頻率穩(wěn)定的計數(shù)脈沖。高溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率對溫度很敏感的振蕩器，為計數(shù)器2提供一個頻率隨溫度變化的計數(shù)脈沖。初始時，溫度寄存器被預(yù)置成-55℃，每當(dāng)計數(shù)器1從預(yù)置數(shù)開始減計數(shù)到0時，溫度寄存器中寄存的溫度值就增加1℃，這個過程重復(fù)進(jìn)行，直到計數(shù)器2計數(shù)到0時便停止。初始時，計數(shù)器1預(yù)置的是與-55℃相對應(yīng)的一個預(yù)置值。以后計數(shù)器1每一個循環(huán)的預(yù)置數(shù)都由斜率累加器提供。為了補(bǔ)償振蕩器溫度特性的非線性性，斜率累加器提供的預(yù)置數(shù)也隨溫度相應(yīng)變化。計數(shù)器1的預(yù)置數(shù)也就是在給定溫度處使溫度寄存器寄存值增加1℃計數(shù)器所需要的計數(shù)個數(shù)。DS18B20內(nèi)部的比較器以四舍五入的量化方式確定溫度寄存器的最低有效位。在計數(shù)器2停止計數(shù)后，比較器將計數(shù)器1中的計數(shù)剩余值轉(zhuǎn)換為溫度值后與0.25℃進(jìn)行比較，若低于0.25℃，溫度寄存器的最低位就置0；若高于0.25℃，最低位就置1；若高于0.75℃時，溫度寄存器的最低位就進(jìn)位然后置0。這樣，經(jīng)過比較后所得的溫度寄存器的值就是最終讀取的溫度值了，其最后位代表0.5℃，四舍五入最大量化誤差為±1/2LSB，即0.25℃。溫度寄存器中的溫度值以9位數(shù)據(jù)格式表示，最高位為符號位，其余8位以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示溫度值。測溫結(jié)束時，這9位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到暫存存儲器的前兩個字節(jié)中，符號位占用第一字節(jié)，8位溫度數(shù)據(jù)占據(jù)第二字節(jié)。DS18B20測量溫度時使用特有的溫度測量技術(shù)。DS18B20內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號；同樣的，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號。當(dāng)計數(shù)門打開時，DS18B20進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)門開通時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對頻率的非線性度加以補(bǔ)償。測量結(jié)果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應(yīng)該為9位，但因符號位擴(kuò)展成高8位，所以最后以16位補(bǔ)碼形式讀出。DS18B20工作過程一般遵循以下協(xié)議：初始化——ROM操作命令——存儲器操作命令——處理數(shù)據(jù)① 初始化單總線上的所有處理均從初始化序列開始。初始化序列包括總線主機(jī)發(fā)出一復(fù)位脈沖，接著由從屬器件送出存在脈沖。存在脈沖讓總線控制器知道DS1820 在總線上且已準(zhǔn)備好操作。② ROM操作命令一旦總線主機(jī)檢測到從屬器件的存在，它便可以發(fā)出器件ROM操作命令之一。所有ROM操作命令均為8位長。這些命令列表如下：Read ROM(讀ROM)[33h]此命令允許總線主機(jī)讀DS18B20的8位產(chǎn)品系列編碼，唯一的48位序列號，以及8位的CRC。此命令只能在總線上僅有一個DS18B20的情況下可以使用。如果總線上存在多于一個的從屬器件，那么當(dāng)所有從片企圖同時發(fā)送時將發(fā)生數(shù)據(jù)沖突的現(xiàn)象（漏極開路會產(chǎn)生線與的結(jié)果）。Match ROM( 符合ROM)[55h]此命令后繼以64位的ROM數(shù)據(jù)序列，允許總線主機(jī)對多點總線上特定的DS18B20尋址。只有與64位ROM序列嚴(yán)格相符的DS18B20才能對后繼的存貯器操作命令作出響應(yīng)。所有與64位ROM序列不符的從片將等待復(fù)位脈沖。此命令在總線上有單個或多個器件的情況下均可使用。Skip ROM( 跳過ROM )[CCh]在單點總線系統(tǒng)中，此命令通過允許總線主機(jī)不提供64位ROM編碼而訪問存儲器操作來節(jié)省時間。如果在總線上存在多于一個的從屬器件而且在Skip ROM命令之后發(fā)出讀命令，那么由于多個從片同時發(fā)送數(shù)據(jù)，會在總線上發(fā)生數(shù)據(jù)沖突（漏極開路下拉會產(chǎn)生線與的效果）。Search ROM( 搜索ROM)[F0h]當(dāng)系統(tǒng)開始工作時，總線主機(jī)可能不知道單線總線上的器件個數(shù)或者不知道其64位ROM編碼。搜索ROM命令允許總線控制器用排除法識別總線上的所有從機(jī)的64位編碼。Alarm Search(告警搜索)[ECh]此命令的流程與搜索ROM命令相同。但是，僅在最近一次溫度測量出現(xiàn)告警的情況下，DS18B20才對此命令作出響應(yīng)。告警的條件定義為溫度高于TH 或低于TL。只要DS18B20一上電，告警條件就保持在設(shè)置狀態(tài)，直到另一次溫度測量顯示出非告警值或者改變TH或TL的設(shè)置，使得測量值再一次位于允許的范圍之內(nèi)。貯存在EEPROM內(nèi)的觸發(fā)器值用于告警。③ 存儲器操作命令Write Scratchpad（寫暫存存儲器）[4Eh]這個命令向DS18B20的暫存器中寫入數(shù)據(jù)，開始位置在地址2。接下來寫入的兩個字節(jié)將被存到暫存器中的地址位置2和3�？梢栽谌魏螘r刻發(fā)出復(fù)位命令來中止寫入。Read Scratchpad（讀暫存存儲器）[BEh]這個命令讀取暫存器的內(nèi)容。讀取將從字節(jié)0開始，一直進(jìn)行下去，直到第9（字節(jié)8，CRC）字節(jié)讀完。如果不想讀完所有字節(jié)，控制器可以在任何時間發(fā)出復(fù)位命令來中止讀取。Copy Scratchpad（復(fù)制暫存存儲器）[48h]這條命令把暫存器的內(nèi)容拷貝到DS18B20的E²存儲器里，即把溫度報警觸發(fā)字節(jié)存入非易失性存儲器里。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時間隙，而DS18B20又正在忙于把暫存器拷貝到E²存儲器，DS18B20就會輸出一個“0”，如果拷貝結(jié)束的話，DS18B20 則輸出“1”。如果使用寄生電源，總線控制器必須在這條命令發(fā)出后立即起動強(qiáng)上拉并最少保持10ms。Convert T（溫度變換）[44h]這條命令啟動一次溫度轉(zhuǎn)換而無需其他數(shù)據(jù)。溫度轉(zhuǎn)換命令被執(zhí)行，而后DS18B20保持等待狀態(tài)。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時間隙，而DS18B20又忙于做時間轉(zhuǎn)換的話，DS18B20將在總線上輸出“0”，若溫度轉(zhuǎn)換完成，則輸出“1”。如果使用寄生電源，總線控制器必須在發(fā)出這條命令后立即起動強(qiáng)上拉，并保持500ms。Recall E²（重新調(diào)整E²）[B8h]這條命令把貯存在E²中溫度觸發(fā)器的值重新調(diào)至?xí)捍娲鎯ζ鳌＿@種重新調(diào)出的操作在對DS18B20上電時也自動發(fā)生，因此只要器件一上電，暫存存儲器內(nèi)就有了有效的數(shù)據(jù)。在這條命令發(fā)出之后，對于所發(fā)出的第一個讀數(shù)據(jù)時間片，器件會輸出溫度轉(zhuǎn)換忙的標(biāo)識：“0”=忙，“1”=準(zhǔn)備就緒。Read Power Supply（讀電源）[B4h]對于在此命令發(fā)送至DS18B20之后所發(fā)出的第一讀數(shù)據(jù)的時間片，器件都會給出其電源方式的信號：“0”=寄生電源供電，“1”=外部電源供電。④ 處理數(shù)據(jù)DS18B20的高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配如圖3所示。當(dāng)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(bǔ)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(jī)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。圖3 高速暫存存儲器分配圖

溫度/⁰C

二進(jìn)制表示

十六進(jìn)制表示

符號位（5位）

數(shù)據(jù)位（11位）

+125

0 0 0 0 0

07D0H

+25.0625

0 0 0 0 0

0191H

+10.125