1、DS18B20工作原理及時序DS18B20原理與分析DS18B20是美國DALLAS半導體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進 型智能溫度傳感器。與傳統的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根 據實際要求通過簡單的編程實現912位的數字值讀數方式。可以分別在93.75 ms和750 ms內完成9位和12位的數字量，并且從DS18B20讀出的信息或寫 入DS18B20的信息僅需要一根口線(單線接口)讀寫，溫度變換功率來源丁數據 總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。因而使用DS18B20可使系統結構更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉換時間、傳 輸距離、分

2、辨率等方面較DS1820有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使 用和更令人滿意的效果。1.DS18B20簡介(1)獨特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時僅需要一條口 線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。(2)在使用中不需要任何外圍元件。(3)可用數據線供電，電壓范圍：+3.0- +5.5 V。(4)測溫范圍：-55 +125 C。固有測溫分辨率為0.5 C。(5)通過編程可實現912位的數字讀數方式。(6)用戶可自設定非易失性的報警上下限值。(7)支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯在惟一的三線上，實 現多點測溫。(8)負壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發熱而

3、燒毀，但不能正 常工作。DS18B20的測溫原理DS18B20的測溫原理如圖2所示，圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫 度的影響很小1，用丁產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器1,高溫度系數晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器2的脈 沖輸入，圖中還隱含著計數門，當計數門打開時，DS18B20就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖后進行計數，進而完成溫度測量。計數門的開啟時間由高溫度系數振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55 C所對應的基數分別置入減法計 數器1和溫度寄存器中，減法計數器1和溫度寄存器被預置在-55 C所對應的 一個基數值。減法計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖

4、信號進行減法計數，當 減法計數器1的預置值減到0時溫度寄存器的值將加1,減法計數器1的預置將 重新被裝入，減法計數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數， 如此循環直到減法計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度 寄存器中的數值即為所測溫度。圖2中的斜率累加器用丁補償和修正測溫過程中 的非線性，其輸出用丁修正減法計數器的預置值，只要計數門仍未關閉就重復上 述過程， 直至溫度寄存器值達到被測溫度值，這就是DS18B20的測溫原理。另外，由丁DS18B20單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統對DS18B20的各種操作必須按協議進行。操作 協

5、議為：初始化DS18B20（發復位脈沖）-發ROM功能命令 t 發存儲器操作 命令 t 處理數據。各種操作的時序圖與DS1820相同，可參看文獻2。DS18B20工作過程及時序DS18B20內部的低溫度系數振蕩器是一個振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩 器，為計數器1提供一頻率穩定的計數脈沖。高溫度系數振蕩器是一個振蕩頻率對溫度很敏感的振蕩器，為計數器2提供 一個頻率隨溫度變化的計數脈沖。初始時，溫度寄存器被預置成-55 C，每當計數器1從預置數開始減計數到0時，溫度寄存器中寄存的溫度值就增加1C,這個過程重復進行，直到計數器2計數到0時便停止。初始時，計數器1預置的是與-55C相對應的一個預置值。

6、以后計數器1每 一個循環的預置數都由斜率累加器提供。為了補償振蕩器溫度特性的非線性性， 斜率累加器提供的預置數也隨溫度相應變化。 計數器1的預置數也就是在給定溫 度處使溫度寄存器寄存值增加1 C計數器所需要的計數個數。DS18B20內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。在計數器2停止計數后，比較器將計數器1中的計數剩余值轉換為溫度值 后與0.25 C進行比較，若低丁0.25 C,溫度寄存器的最低位就置0;若高丁0.25 C ,最低位就置1 ;若高丁0.75 C時，溫度寄存器的最低位就進位然后置0o這樣， 經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

7、0.5 C，四舍五入最大量化誤差為/2LSB ,即0.25 C。溫度寄存器中的溫度值以9位數據格式表示，最高位為符號位，其余8位 以二進制補碼形式表示溫度值。測溫結束時，這9位數據轉存到暫存存儲器的前 兩個字節中，符號位占用第一字節，8位溫度數據占據第二字節。DS18B20測量溫度時使用特有的溫度測量技術。DS18B20內部的低溫度系 數振蕩器能產生穩定的頻率信號；同樣的，高溫度系數振蕩器則將被測溫度轉換 成頻率信號。當計數門打開時，DS18B20進行計數，計數門開通時間由高溫度 系數振蕩器決定。芯片內部還有斜率累加器，可對頻率的非線性度加以補償。測 量結果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值

8、應該為9位，但因符號位擴展成 高8位，所以最后以16位補碼形式讀出。DS18B20工作過程一般遵循以下協議：初始化 一一ROM操作命令一一存 儲器操作命令一一處理數據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發出一 復位脈沖，接著由從屆器件送出存在脈沖。存在脈沖讓總線控制器知道DS1820在總線上且已準備好操作。2ROM操作命令一旦總線主機檢測到從屆器件的存在，它便可以發出器件ROM操作命令之 一。所有ROM操作命令均為8位長。這些命令歹U表如下：Read ROM（讀ROM）33h此命令允許總線主機讀DS18B20的8位產品系列編碼，唯一的48位序列 號，以及8位的C

9、RC。此命令只能在總線上僅有一個DS18B20的情況下可以 使用。如果總線上存在多丁一個的從屆器件， 那么當所有從片企圖同時發送時將 發生數據沖突的現象（漏極開路會產生線與的結果）。Match ROM（符合ROM）55h此命令后繼以64位的ROM數據序列，允許總線主機對多點總線上特定的DS18B20尋址。只有與64位ROM序列嚴格相符的DS18B20才能對后繼的存 貯器操作命令作出響應。所有與64位ROM序列不符的從片將等待復位脈沖。 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在單點總線系統中，此命令通過允許總線主機不提供64位ROM編碼而訪問存儲器

10、操作來節省時間。如果在總線上存在多丁一個的從屆器件而且在SkipROM命令之后發出讀命令，那么由丁多個從片同時發送數據，會在總線上發生 數據沖突（漏極開路下拉會產生線與的效果）。Search ROM（搜索ROM）F0h當系統開始工作時， 總線主機可能不知道單線總線上的器件個數或者不知道 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告 警的情況下，DS18B20才對此命令作出響應。告警的條件定義為溫度高丁TH或 低丁TL。只要DS18B20上電

11、，告警條件就保持在設置狀態，直到另一次溫 度測量顯示出非告警值或者改變TH或TL的設置，使得測量值再一次位丁允許 的范圍之內。貯存在EEPROM內的觸發器值用丁告警。3存儲器操作命令Write Scratchpad（寫暫存存儲器）4Eh這個命令向DS18B20的暫存器中寫入數據，開始位置在地址2。接下來寫 入的兩個字節將被存到暫存器中的地址位置2和3。可以在任何時刻發出復位命 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容。讀取將從字節0開始，一直進行下去，直到第9（字節8, CRC）字節讀完。如果不想讀完所有字節，控制器可以在任何時間 發出復位命令

12、來中止讀取。Copy Scratchpad（復制暫存存儲器）48h這條命令把暫存器的內容拷貝到DS18B20的E2存儲器里，即把溫度報警 觸發字節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出讀時 間隙，而DS18B20乂正在忙丁把暫存器拷貝到E2存儲器,DS18B20就會輸出 一個“0”如果拷貝結束的話，DS18B20貝U輸出“1”如果使用寄生電源，總線 控制器必須在這條命令發出后立即起動強上拉并最少保持10ms。Convert T（溫度變換）44h這條命令啟動一次溫度轉換而無需其他數據。溫度轉換命令被執行，而后DS18B20保持等待狀態。如果總線控制器在這條命令之后跟著發出讀時

13、間隙， 而DS18B20乂忙丁做時間轉換的話，DS18B20將在總線上輸出“0”若溫度轉 換完成，則輸出“1”如果使用寄生電源，總線控制器必須在發出這條命令后立 即起動強上拉，并保持500ms。Recall E2（重新調整E2） B8h這條命令把貯存在E2中溫度觸發器的值重新調至暫存存儲器。這種重新調 出的操作在對DS18B20上電時也自動發生，因此只要器件一上電，暫存存儲器 內就有了有效的數據。在這條命令發出之后，對丁所發出的第一個讀數據時間片， 器件會輸出溫度轉換忙的標識：“ 0”，忘，“ 1 ”準備就緒。Read Power Supply（讀電源）B4h對丁在此命令發送至DS18B20之

14、后所發出的第一讀數據的時間片， 器件都 會給出其電源方式的信號：“ 0”件電源供電，“ 1 ”夕副電源供電。4處理數據DS18B20的高速暫存存儲器由9個字節組成，其分配如圖3所示。當溫度 轉換命令發布后，經轉換所得的溫度值以二字節補碼形式存放在高速暫存存儲器 的第。和第1個字節。單片機可通過單線接口讀到該數據，讀取時低位在前， 局位在后0圖3高速暫存存儲器分配圖溫度/0C二進制表小十 六 進制表小符號位（5位）數據位（11位）+1250 0 0 001 1 11 1 0 1 000 0 07D0H+25.06250 0 0 00C 01 1 0 01 0 00 1 0191H+10.1250

15、 0 0 00C 0 01 0 10 0 01 0 00A2H+0.50 0 0 000 0 0 0 0 00 1 00 0 0008H00 0 0 000 0 0 0 0 00 0 00 0 0000H-0.51 1 1 111 1 11 1 11 1 00 0 FFF8H-10.1251 1 1 111 1 10 1 01 1 11 0 FF5EH-25.6251 1 1 111 1 00 1 10 1 11 1 FE6FH-551 1 1 111 0 01 00:10 )(00 FC90HDS18B20溫度數據表上表是DS18B20溫度采集轉化后得到的12位數據，存儲在DS18B20的 兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大丁或 等丁0,這5位為0,只要將測到的數值乘丁0.0625即可得到實際溫度；如