數(shù)字式溫度計(jì)DS18B20的特性及應(yīng)用

摘要：DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的可完全替代DS1820的全新型單線數(shù)字式溫度計(jì)。文中介紹了DS18B20的性能結(jié)構(gòu)和與DS1820比較所具有的不同特點(diǎn)，說明了DS18B20的使用要求。給出了DS18B20與單片機(jī)成成的測溫系統(tǒng)的應(yīng)用電路和檢測流程。

關(guān)鍵詞：單線器件 數(shù)字式溫度儀 DS18B20

1 引言

DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字式溫度計(jì)芯片，它具有結(jié)構(gòu)簡單，不需外接元件，采用一根I/O數(shù)據(jù)線既可供電又可傳輸數(shù)據(jù)、并可由用戶設(shè)置溫度報(bào)警界限等特點(diǎn)，可廣泛用于食品庫、冷庫、糧庫等需要控制溫度的地方。DS18B20是DS1820的改進(jìn)型產(chǎn)品，但該產(chǎn)品具有比DS1820更好的性能，目前，該產(chǎn)品已成為DS1820的替代品而在溫控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。

2 DS18B20性能特點(diǎn)

與DALLAS公司生產(chǎn)的DS1820相比，DS18B20具有如下特點(diǎn)：

●在-10℃～+85℃范圍內(nèi)，DS18B20具有±0.5℃的精度。因而DS18B20在和DS1820的測溫精度相同時(shí)，具有更寬廣的溫度范圍。

●分辨率為9～12位（包括1位符號位），并可由編程決定具體位數(shù)；

●DS18B20的轉(zhuǎn)換時(shí)間與設(shè)定的分辨率有關(guān)，當(dāng)設(shè)定為9位時(shí)，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為93.75ms；10位時(shí)的轉(zhuǎn)換時(shí)間為187.5ms；11位時(shí)為375ms；12位時(shí)為750ms；

●電源電壓范圍為3.0V～5.5V；

●內(nèi)含程序設(shè)置寄存器，可用來設(shè)置分辨率位數(shù)，該寄存器是DS1820所沒有的。其格式為：

其中，TM為測試模式位，為1表示測試模式，為0表示工作模式，出廠時(shí)該位設(shè)為0，且不可改變。R1和R0的設(shè)置組合與溫度分辨率有關(guān)，具體關(guān)系見表1。

表1 溫度分辨率的設(shè)置

●片內(nèi)帶有64位激光ROM：從高位算起，該ROM有一個字節(jié)的CRC校驗(yàn)碼，6個字節(jié)的產(chǎn)品序號和一個字節(jié)的家庭代碼。對于家庭代碼，DS1820是10H，DS18B20是28H。

●內(nèi)含溫度數(shù)據(jù)寄存器：該寄存器由兩個字節(jié)組成，實(shí)際上DS18B20中寄存器的字節(jié)定義或溫度值與DS1820不一樣，DS1820的分辨率為0.5℃，而DS18B20的12位分辨率為2～4℃。

3 DS18B20的應(yīng)用

DS18B20采用3腳TO-92封裝或8腳SOIC封裝。圖1是其采用8腳SOIC封裝的引腳排列圖。其中GND接地；VDD為電源端；DQ是數(shù)據(jù)輸入/輸出端；其余為空腳。

DS18B20的供電方式有兩種：一種為寄生電源，另一種為外加電源。

同DS1820一樣，用戶也可通過1線端口對DS18B20進(jìn)行操作，其步驟為：

復(fù)位→ROM功能命令→存儲器功能命令→執(zhí)行/數(shù)據(jù)→

DSB1820的ROM命令有5個，存儲器命令有6個，這些命令字和功能同DS1820完全一樣。命令的執(zhí)行都是由復(fù)位、多個讀時(shí)隙或/和寫時(shí)隙基本時(shí)序單元組成。因此，只要將復(fù)位、讀時(shí)隙、寫時(shí)隙的時(shí)序了解清楚，使用DS18B20就比較容易了。

3.1 復(fù)位

使用DS18B20時(shí)，首先需將其復(fù)位，然后才能執(zhí)行其它命令。復(fù)位時(shí)，主機(jī)將數(shù)據(jù)線激發(fā)為低電平并保持480μs～960μs，然后釋放數(shù)據(jù)線，再由上拉電阻將數(shù)據(jù)線拉升15～60μs。然后再由DS18B20發(fā)出響應(yīng)信號，以將數(shù)據(jù)線激發(fā)成低電平60～240μs，這樣，就完成了復(fù)位操作。其復(fù)位時(shí)序如圖2所示。

3.2 寫時(shí)隙

在主機(jī)對DS18B20寫數(shù)據(jù)（主機(jī)對DS18B20發(fā)送各種命令）時(shí)，先將數(shù)據(jù)線激發(fā)為低電平，該低電閏應(yīng)大于1μs。然后根據(jù)寫“1”或?qū)憽?”來使數(shù)據(jù)線變高或繼續(xù)為低。DS18B20將在數(shù)據(jù)線變成低電平后15μs～60μs對數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣。要求寫入DS18B20的數(shù)據(jù)持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于60μs而小于120μs，兩次寫數(shù)據(jù)之間的時(shí)間間隔應(yīng)大于1μs。寫時(shí)隙的時(shí)序如圖3所示。

3.3 讀時(shí)隙

當(dāng)主機(jī)從DS18B20讀數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)先數(shù)據(jù)線激發(fā)出低電平，然后釋放，以使數(shù)據(jù)線再升為高電平。DS18B20在數(shù)據(jù)線從高電平變?yōu)榈碗娖降?5μs內(nèi)將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線上。主機(jī)可在15μs后讀取數(shù)據(jù)線以獲得數(shù)據(jù)。其時(shí)序圖如圖4所示。

4 基于DS18B20的溫度檢測系統(tǒng)

以DS18B20為傳感器，AT89C51單片機(jī)為控制核心組成的溫度巡回檢測系統(tǒng)的電路框圖如圖5所示。圖中，DS18B20的供電方式為外部電源，其I/O數(shù)據(jù)線與P1.0相連。在DS18B20接入系統(tǒng)之前，應(yīng)分別從激光ROM中讀出其序號，然后分別賦予在系統(tǒng)中的編號1～n。該系統(tǒng)需要用鍵盤來設(shè)置溫度報(bào)警的門限值，并用七段LED顯示器顯示DS18B20的編號和測量的溫度值?？捎?279鍵盤/顯示控制芯片和譯碼電路74LS154以及驅(qū)動電路74LS245來完成該功能。當(dāng)測量溫度超出報(bào)警門限時(shí)，系統(tǒng)將從P1.2～P1.3輸出光聲報(bào)警信號。其主要的溫度巡回檢測流程圖如圖6所示。