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數字溫度傳感器DS18B20的原理與應用
日期：2025-02-13 14:21
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數字溫度傳感器DS18B20的原理與應用 |
1引言  圖1DS18B20的內部結構  圖2DS18B20的管腳排列  （a）初始化時序  （b）寫時序  （c）讀時序 圖3DS18B20的工作時序圖 DS18B20中的溫度傳感器完成對溫度的測量，用16位符號擴展的二進制補碼讀數形式提供，以0.0625℃/LSB形式表達，其中S為符號位。例如＋125℃的數字輸出為07D0H，＋25.0625℃的數字輸出為0191H，－25.0625℃的數字輸出為FF6FH，－55℃的數字輸出為FC90H。 23 22 21 20 2－1 2－2 2－3 2－4 溫度值低字節 MSBLSB S S S S S 22 25 24 溫度值高字節 高低溫報警觸發器TH和TL、配置寄存器均由一個字節的EEPROM組成，使用一個存儲器功能命令可對TH、TL或配置寄存器寫入。其中配置寄存器的格式如下： 0 R1 R0 1 1 1 1 1 MSBLSB R1、R0決定溫度轉換的精度位數：R1R0=“00”，9位精度，*大轉換時間為93.75ms；R1R0=“01”，10位精度，*大轉換時間為187.5ms；R1R0=“10”，11位精度，*大轉換時間為375ms；R1R0=“11”，12位精度，*大轉換時間為750ms；未編程時默認為12位精度。 高速暫存器是一個9字節的存儲器。開始兩個字節包含被測溫度的數字量信息；第3、4、5字節分別是TH、TL、配置寄存器的臨時拷貝，每一次上電復位時被刷新；第6、7、8字節未用，表現為全邏輯1；第9字節讀出的是前面所有8個字節的CRC碼，可用來保證通信正確。 3DS18B20的工作時序 DS18B20的一線工作協議流程是：初始化→ROM操作指令→存儲器操作指令→數據傳輸。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序，如圖3（a）（b）（c）所示。 4DS18B20與單片機的典型接口設計 圖4以MCS－51系列單片機為例，畫出了DS18B20與微處理器的典型連接。圖4（a）中DS18B20采用寄生電源方式，其VDD和GND端均接地，圖4（b）中DS18B20采用外接電源方式，其VDD端用3V～5.5V電源供電。 假設單片機系統所用的晶振頻率為12MHz，根據DS18B20的初始化時序、寫時序和讀時序，分別編寫了3個子程序：INIT為初始化子程序，WRITE為寫（命令或數據）子程序，READ為讀數據子程序，所有的數據讀寫均由*低位開始。 DATEQUP1.0 …… INIT:CLREA INI10:SETBDAT MOVR2,＃200  a）寄生電源工作方式 （b）外接電源工作方式 圖4DS18B20與微處理器的典型連接圖 INI11:CLRDAT DJNZR2,INI11；主機發復位脈沖持續3μs×200=600μs SETBDAT；主機釋放總線，口線改為輸入 MOVR2,＃30 IN12:DJNZR2,INI12；DS18B20等待2μs×30=60μs CLRC ORLC,DAT；DS18B20數據線變低（存在脈沖）嗎？ JCINI10；DS18B20未準備好，重新初始化 MOVR6,＃80 INI13:ORLC,DAT JCINI14；DS18B20數據線變高，初始化成功 DJNZR6,INI13；數據線低電平可持續3μs×80=240μs SJMPINI10；初始化失敗，重來 INI14:MOVR2,＃240 IN15:DJNZR2,INI15；DS18B20應答*少2μs×240=480μs RET ；－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ WRITE:CLREA MOVR3,＃8；循環8次，寫一個字節 WR11:SETBDAT MOVR4,＃8 RRCA；寫入位從A中移到CY CLRDAT WR12:DJNZR4,WR12 ；等待16μs MOVDAT,C；命令字按位依次送給DS18B20 MOVR4,＃20 WR13:DJNZR4,WR13 ；保證寫過程持續60μs DJNZR3,WR11 ；未送完一個字節繼續 SETBDAT RET ；－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ READ:CLREA MOVR6,＃8；循環8次，讀一個字節 RD11:CLRDAT MOVR4,＃4 NOP；低電平持續2μs SETBDAT；口線設為輸入 RD12:DJNZR4,RD12 ；等待8μs MOVC,DAT ；主機按位依次讀入DS18B20的數據 RRCA；讀取的數據移入A MOVR5,＃30 RD13:DJNZR5,RD13 ；保證讀過程持續60μs DJNZR6,RD11 ；讀完一個字節的數據，存入A中 SETBDAT RET ；－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 主機控制DS18B20完成溫度轉換必須經過三個步驟：初始化、ROM操作指令、存儲器操作指令。必須先啟動DS18B20開始轉換，再讀出溫度轉換值。假設一線僅掛接一個芯片，使用默認的12位轉換精度，外接供電電源，可寫出完成一次轉換并讀取溫度值子程序GETWD。 GETWD:LCALLINIT MOVA,＃0CCH LCALLWRITE；發跳過ROM命令 MOVA,＃44H LCALLWRITE；發啟動轉換命令 LCALLINIT MOVA,＃0CCH；發跳過ROM命令 LCALLWRITE MOVA,＃0BEH；發讀存儲器命令 LCALLWRITE LCALLREAD MOVWDLSB,A ；溫度值低位字節送WDLSB LCALLREAD MOVWDMSB,A ；溫度值高位字節送WDMSB RET …… 子程序GETWD讀取的溫度值高位字節送WDMSB單元，低位字節送WDLSB單元，再按照溫度值字節的表示格式及其符號位，經過簡單的變換即可得到實際溫度值。 如果一線上掛接多個DS18B20、采用寄生電源連接方式、需要進行轉換精度配置、高低限報警等，則子程序GETWD的編寫就要復雜一些，限于篇幅，這一部分不再詳述，請參閱相關內容。 我們已成功地將DS18B20應用于所開發的“家用采暖洗浴器”控制系統中，其轉換速度快，轉換精度高，與微處理器的接口簡單，給硬件設計工作帶來了極大的方便，能有效地降低成本，縮短開發周期。
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