DS18B20数字温度传感器要点.docx
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DS18B20数字温度传感器要点
DS18B20数字温度传感器接线方便,封装成后可应用于多种场合,如管道式,螺纹式,磁铁吸附式,不锈钢
封装式,型号多种多样,有LTM8877,LTM8874等等。
主要根据应用场合的不同而改变其外观。
封装后的DS18B20可用于电缆沟测温,高炉水循环测温,锅炉测温,机房测温,农业大棚测温,洁净室测温,弹药库测温等各种非极限温度场合。
耐磨耐碰,体积小,使用方便,封装形式多样,适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。
1:
技术性能描述
①、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。
②、测温范围-55℃~+125℃,固有测温误差(注意,不是分辨率,这里之前是错误的)1℃。
③、支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,最多只能并联8个,实现多点测温,如果数量过多,会使供电电源电压过低,从而造成信号传输的不稳定。
④、工作电源:
3.0~5.5V/DC(可以数据线寄生电源)
⑤、在使用中不需要任何外围元件
⑥、测量结果以9~12位数字量方式串行传送
⑦、不锈钢保护管直径Φ6
⑧、适用于DN15~25,DN40~DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温
⑨、标准安装螺纹M10X1,M12X1.5,G1/2”任选
⑩、PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。
[1]信息DS18B20+和MaximIntegrated
ManufacturedbyMaximIntegrated,DS18B20+isa温度传感器.
3应用范围编辑
2.1该产品适用于冷冻库,粮仓,储罐,电讯机房,电力机房,电缆线槽等测温和控制领域
2.2轴瓦,缸体,纺机,空调,等狭小空间工业设备测温和控制。
2.3汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。
2.4供热/制冷管道热量计量,中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制
4型号规格编辑
型号测温范围安装螺纹电缆长度适用管道
TS-18B20-55~125无1.5m
TS-18B20A-55~125M10X11.5mDN15~25
TS-18B20B-55~1251/2”G接线盒DN40~60
5接线说明编辑
特点:
独特的一线接口,只需要一条口线通信多点能力,简化了分布式温度传感应用
无需外部元件可用数据总线供电,电压范围为3.0V至5.5V无需备用电源测量温度范围为-55°C至+125℃。
华氏相当于是-67°F到257华氏度-10°
C至+85°C范围内精度为±0.5°C
温度传感器可编程的分辨率为9~12位,温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒,用户可定义的非易失性温度报警设置,应用范围包括恒温控制、工业系统、消费电子产品温度计、或任何热敏感系统
描述该DS18B20的数字温度计提供9至12位(可编程设备温度读数)。
由于DS18B20是一条口线通信,所以中央微处理器与DS18B20只有一个一条口线连接。
为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量,不需要外接电源。
因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号,多个ds18b20s可以同时存在于一条总线。
这使得温度传感器放置在许多不同的地方。
它的用途很多,包括空调环境控制,感测建筑物内温设备或机器,并进行过程监测和控制。
8引脚封装TO-92封装用途描述
51接地接地
42数字信号输入输出,一线输出:
源极开路
33电源可选电源管脚。
见寄生功率一节细节方面。
电源必须接地,为行动中,寄生虫功率模式。
不在本表中所有管脚不须接线。
概况框图图1显示的主要组成部分DS18B20的。
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。
该装置信号线高的时候,内部电容器储存能量通由1线通信线路给片子供电,而且在低电平期间为片子供电直至下一个高电平的到来重新充电。
DS18B20的电源也可以从外部3V-5.5V的电压得到。
DS18B20采用一线通信接口。
因为一线通信接口,必须在先完成ROM设定,否则记忆和控制功能将无法使用。
主要首先提供以下功能命令之一:
1)读ROM,2)ROM匹配,3)搜索ROM,4)跳过ROM,5)报警检查。
这些指令操作作用在没有一个器件的64位光刻ROM序列号,可以在挂在一线上多个器件选定某一个器件,同时,总线也可以知道总线上挂有有多少,什么样的设备。
若指令成功地使DS18B20完成温度测量,数据存储在DS18B20的存储器。
一个控制功能指挥指示DS18B20的演出测温。
测量结果将被放置在DS18B20内存中,并可以让阅读发出记忆功能的指挥,阅读内容的片上存储器。
温度报警触发器TH和TL都有一字节EEPROM的数据。
如果DS18B20不使用报警检查指令,这些寄存器可作为一般的用户记忆用途。
在片上还载有配置字节以理想的解决温度数字转换。
写TH,TL指令以及配置字节利用一个记忆功能的指令完成。
通过缓存器读寄存器。
所有数据的读,写都是从最低位开始。
个主要的数据部件:
4有DS18B20.
(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1DS18B20温度值格式表
4.3.1
DS18B20的管脚排列如图4.4所示。
图4.4DS18B20的管脚排列如图
DS18B20内部结构主要由四部分组成:
64位光刻ROM,温度传感器,温度报警触发器TH和TL,配置寄存器。
DS18B20内部结构图如图4.5所示。
图4.5DS18B20内部结构图
4.3.2存储器
DS18B20的存储器包括高速暂存器RAM和可电擦除RAM,可电擦除RAM又包括温度触发器TH和TL,以及一个配置寄存器。
存储器能完整的确定一线端口的通讯,数字开始用写寄存器的命令写进寄存器,接着也可以用读寄存器的命令来确认这些数字。
当确认以后就可以用复制寄存器的命令来将这些数字转移到可电擦除RAM中。
当修改过寄存器中的数时,这个过程能确保数字的完整性。
高速暂存器RAM是由8个字节的存储器组成;。
用读寄存器的命令能读出第九个字节,这个字节是对前面的八个字节进行校验。
存储器的结构图如图4.6所示。
图4.6存储器的结构图
4.3.364-位光刻ROM
64位光刻ROM的前8位是DS18B20的自身代码,接下来的48位为连续的数字代码,最后的8位是对前56位的CRC校验。
64-位的光刻ROM又包括5个ROM的功能命令:
读ROM,匹配ROM,跳跃ROM,查找ROM和报警查找。
64-位光刻ROM的结构图如图4.7所示。
图4.7位64-位光刻ROM的结构图
4.3.4DS18B20外部电源的连接方式
DS18B20可以使用外部电源VDD,也可以使用内部的寄生电源。
当VDD端口接3.0V—5.5V的电压时是使用外部电源;当VDD端口接地时使用了内部的寄生电源。
无论是内部寄生电源还是外部供电,I/O口线要接5KΩ左右的上拉电阻。
连接图如图4.8、图4.9所示。
图4.8使用寄生电源的连接图
外接电源的连接图4.9图
4.3.4DS18B20温度处理过程
4.3.4.1配置寄存器
配置寄存器是配置不同的位数来确定温度和数字的转化。
配置寄存器的结构图如图4.10所示。
图4.10配置寄存器的结构图
由图4.9可以知道R1,R0是温度的决定位,由R1,R0的不同组合可以配置为9位,10位,11位,12位的温度显示。
这样就可以知道不同的温度转化位所对应的转化时间,四种配置的分辨率分别为0.5℃,0.25℃,0.125℃和0.0625℃,出厂时以配置为12位。
温度的决定配置图如图8所示。
图4.11温度的决定配置图
4.3.4.2温度的读取
DS18B20在出厂时以配置为12位,读取温度时共读取16位,所以把后11位的2进制转化为10进制后在乘以0.0625便为所测的温度,还需要判断正负。
前5个数字为符号位,当前5位为1时,读取的温度为负数;当前5位为0时,读取的温度为正数。
16位数字摆放是从低位到高位,温度的关系图如图4.12所示。
图4.12为温度的关系图
4.3.4.3.DS18B20控制方法
DS18B20有六条控制命令,如表4.1所示:
表4.1为DS18B20有六条控制命令
指令约定代码操作说明
温度转换44H启动DS18B20进行温度转换
读暂存器BEH读暂存器9位二进制数字
写暂存器4EH将数据写入暂存器的TH、TL字节
复制暂存器48H把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中
重新调E2RAMB8H把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节
读电源供电方式B4H启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU
4.3.4.4DS18B20的初始化
(1)先将数据线置高电平“1”。
(2)延时(该时间要求的不是很严格,但是尽可能的短一点)
(3)数据线拉到低电平“0”。
(4)延时750微秒(该时间的时间范围可以从480到960微秒)。
(5)数据线拉到高电平“1”。
(6)延时等待(如果初始化成功则在15到60微妙时间之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。
据该状态可以来确定它的存在,但是应注意不能无限的进行等待,不然会使程序进入死循环,所以要进行超时控制)。
(7)若CPU读到了数据线上的低电平“0”后,还要做延时,其延时的时间从微秒。
480)步的时间算起)最少要5发出的高电平算起(第(.
(8)将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。
其时序如图4.13所示:
图4.13初始化时序图
4.3.4.5DS18B20的写操作
(1)数据线先置低电平“0”。
(2)延时确定的时间为15微秒。
(3)按从低位到高位的顺序发送字节(一次只发送一位)。
(4)延时时间为45微秒。
(5)将数据线拉到高电平。
(6)重复上
(1)到(6)的操作直到所有的字节全部发送完为止。
(7)最后将数据线拉高。
DS18B20的写操作时序图如图4.14所示。
图4.14DS18B20的写操作时序图
4.3.4.6DS18B20的读操作
(1)将数据线拉高“1”。
(2)延时2微秒。
(3)将数据线拉低“0”。
(4)延时3微秒。
(5)将数据线拉高“1”。
(6)延时5微秒。
(7)读数据线的状态得到1个状态位,并进行数据处理。
(8)延时60微秒。
DS18B20的读操作时序图如图4.15所示。
图1.15DS18B20的读操作图
数字温度传感器DS18B20介绍
1、DS18B20的主要特性
1.1、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
1.2、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
1.3、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.
、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1.4形如一只三极管的集成电路内
1.5、温范围-55℃~+125℃,在-10~+85℃时精度为±0.5℃
1.6、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
1.7、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
1.8、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
1.9、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。
2、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的外形及管脚排列如下图1:
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)。
图2:
DS18B20内部结构图
3、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。
图3:
DS18B20测温原理框图
个主要的数据部件:
DS18B20有4DS18B20位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该)光刻ROM中的64
(1)是产品类型标号,28H位(ROM的地址序列码。
64位光刻的排列是:
开始8位的循环冗余校验56最后8位是前面接着的48位是该DS18B20自身的序列号,都各不相同,这是使每一个的作用DS18B20码(CRC=X8+X5+X4+1)。
光刻ROMDS18B20的目的。
样就可以实现一根总线上挂接多个16位转化为例:
用DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量,以12
(2)为S0.0625℃/LSB形式表达,其中位符号扩展的二进制补码读数形式提供,以符号位。
温度值格式表表1:
DS18B20位转化后得到的12位数据,存储在18B20的两个8比特的RAM中,这是12二进制中的前面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FE6FH,-55℃的数字输出为FC90H。
表2:
DS18B20温度数据表
(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:
表3:
配置寄存器结构
TMR1R011111
低五位一直都是?
,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)
表4:
温度分辨率设置表
R1R0分辨率温度最大转换时间
009位93.75ms
0110位187.5ms
1011位375ms
1112位750ms
4、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。
当温高速暂存存度转换命令发布后,经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在.
读取时低位在前,单片机可通过单线接口读到该数据,0和第1个字节。
储器的第时,直接将S=01所示。
对应的温度计算:
当符号位高位在后,数据格式如表2时,先将补码变为原码,再计算十进制值。
表二进制位转换为十进制;当S=1冗余检验字节。
是对应的一部分温度值。
第九个字节是
暂存寄存器分布表5:
DS18B20字节地址寄存器内容
0(LSByte)温度值低位
1(MSByte)温度值高位
2高温限值(TH)3低温限值(TL)4配置寄存器5保留
6保留
7保留
8
CRC校验值
完成温度转换必须经过DS18B20主机(单片机)控制根据DS18B20的通讯协议,复位操作,复位成功后发送一三个步骤:
每一次读写之前都要对DS18B20进行复位要进行预定的操作。
这样才能对DS18B20RAM条ROM指令,最后发送指令,~16DS18B20收到信号后等待将数据线下拉500微秒,然后释放,当求主CPU收到此信号表示复位CPU240微秒的存在低脉冲,主60微秒左右,后发出60~成功。
指令表:
ROM表6约定能令功指代码64位地址)温度传感器ROM中的编码(即DS1820读ROM33H读访问单总线上与该ROM编码,接着发出64位发出此命令之后,符合55H编码相对应的DS1820使之作出响应,为下一步对该DS1820的ROM
读写作准备。
搜索用于确定挂接在同一总线上DS1820的个数和识别64位ROM
0FOH
ROM地址。
为操作各器件作好准备。
跳过忽略64位ROM地址,直接向DS1820发温度变换命令。
适用于0CCH
ROM单片工作。
告警搜0ECH执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应。
索命令
表6:
RAM指令表
约定代指令功能码
启动DS1820进行温度转换,12位转换时最长为750ms(9位为温度变换44H
93.75ms)。
结果存入内部9字节RAM中。
读暂存器0BEH读内部RAM中9字节的内容
发出向内部RAM的3、4字节写上、下限温度数据命令,紧跟写暂存器4EH
该命令之后,是传送两字节的数据。
.
复制暂存EEPROM中。
字节的内容复制到RAM中第3、448H将器重调4字节。
中内容恢复到RAM中的第3、0B8H将EEPROMEEPROM
发送“0”,外的供电模式。
寄生供电时DS1820读供电方读DS18200B4H
DS1820发送“1”。
式接电源供电5、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:
5.1、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。
图4
5.2、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。
.
图5
图5
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
5.3、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℃。
图6:
外部供电方式单点测温电路
图6
.
.
.
.
.
图7:
外部供电方式的多点测温电路图
图7
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,监控系统。
站长推荐大而且电路也比较简单,可以开发出稳定可靠的多点温度.
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。
6、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:
6.1、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。
6.2、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。
6.3、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
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