单总线测温芯片QT18B20

温度传感器DS18B20资料2008-08-28 16:06美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持 "一线总线"接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。

全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。

一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。

现在，新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活。

使你可以充分发挥“一线总线”的优点。

目前DS18B20批量采购价格仅10元左右。

在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。

另外一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。

因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。

新的"一线器件"DS18B20体积更小、适用电压更宽、更经济。

DS18B20、DS1822的特性DS18B20可以程序设定9～12位的分辨率，精度为±0.5°C。

可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。

分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM 中，掉电后依然保存。

DS18B20的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色！DS1822与DS18B20软件兼容，是DS18B20的简化版本。

省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的EEPROM，精度降低为±2°C，适用于对性能要求不高，成本控制严格的应用，是经济型产品。

继"一线总线"的早期产品后，DS1820开辟了温度传感器技术的新概念。

18b20的工作原理18B20是一种数字温度传感器，广泛应用于各种计算机系统、工业自动化设备和家用电器等领域。

它的工作原理主要基于热电效应和半导体物理特性。

下面将详细介绍18B20的工作原理。

18B20数字温度传感器的核心部分是一个特殊的半导体芯片，该芯片内部包含了温度测量电路、模数转换器和数据总线接口等功能模块。

当18B20与待测温度物体接触时，通过热导路径来感知温度变化。

这里涉及到热电效应，即温度差会在两个不同材料之间引发电压差。

18B20采用了热敏电阻的工作原理，通过热敏电阻在不同温度下的电阻值变化来间接测量温度。

具体来说，18B20中的热敏电阻是一种特殊的半导体材料，对温度非常敏感。

当温度升高时，半导体材料内的电子活动增加，导致电阻值下降；而当温度降低时，电子活动减少，电阻值增加。

通过测量热敏电阻的电阻值变化，就可以推算出温度的变化。

为了测量热敏电阻的电阻值，18B20内部自带了一个模数转换器。

模数转换器采样热敏电阻的电压，并将其转换为数字信号。

通过这个数字信号，就可以得到18B20所处的温度状态。

在实际应用中，18B20通过数据总线接口将温度数据传递给控制系统，以供后续处理。

数据总线接口采用了一种称为一线式总线（One Wire）的通信协议。

这种通信协议能够通过单根信号线同时实现数据传输和供电功能，从而简化了电路设计。

总的来说，18B20的工作原理可以总结为以下几个步骤：1. 当18B20与待测物体接触时，热敏电阻感知到温度变化，电阻值发生相应变化。

2. 18B20内部的模数转换器对热敏电阻的电压进行采样，并将其转换为数字信号。

3. 数字信号经过数据总线接口传输给控制系统，用于后续的温度处理和监控。

18B20作为一种数字温度传感器，具有体积小、精度高、响应迅速、抗干扰能力强等优点。

它的工作原理基于热电效应和半导体物理特性，通过测量热敏电阻的电阻值变化，以间接实现对温度的测量和监控。

这种工作原理使得18B20在各种温度测量场景下得到了广泛应用。

单总线控制DS18B20温度传感器一DS18B20通过单总线初始化时序如下:由上图可见,当主机要操作DS18B20时,需要把总线打底,并持续480us以960us 然后释放总线(即拉高),当时间流逝15-60us的时候,DS18B20若存在且没有坏的话,它会把总线拉低,并持续60-240us .在这段时间主机可以查看总线状态,来确定初始化完成 .二DS18B20通过单总线读写时序如下:由上图可以看出,主机要读或写DS18B20时,需要要将总线接低并持续15us,上面的两个时序是写的时序,主机在接低总线的15us后继续拉低总线,持续15-30us. 在这个时间内DS18B20采样0,完成0的写入.主机拉低总线15us后拉高总线然后持续15-30us等待DS18B20采样完成 1的写入.下面的两个图是读的时序图.主机拉低总线并持续15us后,释放总线.如果DS18B20要输出0就继续拉低总线,若要输出1 就拉高总线,并持续15-30us,等待主机查询总线状态完成 0或者1的读写.三DS18B20的ROM操作命令如下:四DS18B20的存储器操作命令如下:五DS18B20内部9个字节存储器以及E2RAM:六DS18B20内部存储温度字节格式:七DS18B20操作的C语言程序:/*************************此部分为18B20的驱动程序*************************************/#include <reg52.H>#include <intrins.h>sbit D18B20=P3^7;#define NOP() _nop_() /* 定义空指令 */#define _Nop() _nop_() /*定义空指令*/void TempDelay (unsigned char idata us);void Init18b20 (void);void WriteByte (unsigned char idata wr); //单字节写入void read_bytes (unsigned char idata j);unsigned char CRC (unsigned char j);void GemTemp (void);void Config18b20 (void);void ReadID (void);void TemperatuerResult(void);bit flag;unsigned int idata Temperature,D[10];unsigned char idata temp_buff[9]; //存储读取的字节，read scratchpad为9字节，read rom ID为8字节unsigned char idata id_buff[8];unsigned char idata *p,TIM;unsigned char idata crc_data;unsigned char code CrcTable [256]={0, 94,188, 226, 97, 63, 221, 131, 194, 156, 126, 32, 163, 253, 31, 65,157, 195, 33, 127, 252, 162, 64, 30, 95, 1, 227, 189, 62, 96, 130, 220,35, 125, 159, 193, 66, 28, 254, 160, 225, 191, 93, 3, 128, 222, 60, 98,190, 224, 2, 92, 223, 129, 99, 61, 124, 34, 192, 158, 29, 67, 161, 255,70, 24, 250, 164, 39, 121, 155, 197, 132, 218, 56, 102,229, 187, 89, 7,219, 133,103, 57, 186, 228, 6, 88, 25, 71, 165, 251, 120, 38, 1 96, 154,217, 135, 4, 90, 184, 230, 167, 249, 27, 69, 198, 152, 122, 36,248, 166,68, 26, 153, 199, 37, 123, 58, 100, 134, 216, 91, 5, 2 31, 185,140, 210,48, 110, 237, 179, 81, 15, 78, 16, 242, 172, 47, 113, 147, 205,17, 79, 173, 243, 112, 46, 204, 146, 211, 141, 111, 49, 178, 236, 14, 80,175, 241,19, 77, 206, 144, 114, 44, 109, 51, 209, 143, 12, 82, 176, 238,50, 108, 142, 208, 83, 13, 239, 177, 240, 174, 76, 18, 145, 207, 45, 115,202, 148,118, 40, 171, 245, 23, 73, 8, 86, 180, 234, 105, 55, 2 13, 139,87, 9, 235, 181, 54, 104, 138, 212, 149, 203, 41, 119, 244, 170, 72, 22,233, 183, 85, 11, 136, 214, 52, 106, 43, 117, 151, 201, 74, 20, 246, 168,116, 42, 200, 150, 21, 75, 169, 247, 182, 232, 10, 84, 215, 137, 107, 53};///*************************************************************Function:延时处理*parameter:*Return:*Modify:*************************************************************/void TempDelay (unsigned char idata us){while(us--);}/*************************************************************Function:18B20初始化*parameter:*Return:*Modify:*************************************************************/void Init18b20 (void){_nop_();D18B20=0;TempDelay(50); //delay 530 uS//80_nop_();D18B20=1;TempDelay(10); //delay 100 uS//14_nop_();_nop_();_nop_();if(D18B20==0)flag = 1; //detect 1820 success!elseflag = 0; //detect 1820 fail!TempDelay(15); //20_nop_();_nop_();D18B20 = 1;}/************************************************************ *Function:向18B20写入一个字节*parameter:*Return:*Modify:*************************************************************/ void WriteByte (unsigned char idata wr) //单字节写入{unsigned char idata i;for (i=0;i<8;i++){D18B20 = 0;_nop_();D18B20=wr&0x01;TempDelay(3); //delay 45 uS //5_nop_();_nop_();D18B20=1;wr >>= 1;}}/************************************************************ *Function:读18B20的一个字节*parameter:*Return:*Modify:*************************************************************/ unsigned char ReadByte (void) //读取单字节{unsigned char idata i,u=0;for(i=0;i<8;i++){D18B20 = 0;u >>= 1;D18B20 = 1;if(D18B20==1)u |= 0x80;TempDelay (2);_nop_();}return(u);}/************************************************************ *Function:读18B20*parameter:*Return:*Modify:*************************************************************/ void read_bytes (unsigned char idata j){unsigned char idata i;for(i=0;i<j;i++){*p = ReadByte();p++;}}/************************************************************ *Function:CRC校验*parameter:*Return:*Modify:*************************************************************/ unsigned char CRC (unsigned char j){unsigned char idata i,crc_data=0;for(i=0;i<j;i++) //查表校验crc_data = CrcTable[crc_data^temp_buff[i]];return (crc_data);}/************************************************************ *Function:读取温度*parameter:*Return:*Modify:*************************************************************/ void GemTemp (void){read_bytes (9);if (CRC(9)==0) //校验正确{Temperature = temp_buff[1]*0x100 + temp_buff[0];// Temperature *= 0.625;Temperature /= 16;TempDelay(1);}}/************************************************************ *Function:内部配置*parameter:*Return:*Modify:*************************************************************/ void Config18b20 (void) //重新配置报警限定值和分辨率{Init18b20();WriteByte(0xcc); //skip romWriteByte(0x4e); //write scratchpadWriteByte(0x19); //上限WriteByte(0x1a); //下限WriteByte(0x7f); //set 11 bit (0.125)Init18b20();WriteByte(0xcc); //skip romWriteByte(0x48); //保存设定值Init18b20();WriteByte(0xcc); //skip romWriteByte(0xb8); //回调设定值}/************************************************************ *Function:读18B20ID*parameter:*Return:*Modify:*************************************************************/ void ReadID (void)//读取器件 id{Init18b20();WriteByte(0x33); //read romread_bytes(8);}/************************************************************ *Function:18B20ID全处理*parameter:*Return:*Modify:*************************************************************/ void TemperatuerResult(void){p = id_buff;ReadID();Config18b20();Init18b20 ();WriteByte(0xcc); //skip romWriteByte(0x44); //Temperature convertInit18b20 ();WriteByte(0xcc); //skip romWriteByte(0xbe); //read Temperaturep = temp_buff;GemTemp();}unsigned int TempTick=0;void GetTemp(){if(TIM==1){ TIM=0;TemperatuerResult();D[5]=Temperature;}}/*************************************[ t1 (0.5ms)中断] 中断中做 PWM 输出------------1000/(0.02ms*250)=200Hz*************************************/void T1zd(void) interrupt 3{TH1 = 0xfe; //11.0592TL1 = 0x33;TIM++;}。

2.2 器件选择2.2.1 温度传感器在现代检测技术中，传感器占据着不可动摇的重要位置。

主机对数据的处理能力已经相当的强，但是对现实世界中的模拟量却无能为力。

如果没有各种精确可靠的传感器对非电量和模拟信号进行检测并提供可靠的数据，那计算机也无法发挥他应有的作用。

传感器把非电量转换为电量，经过放大处理后，转换为数字量输入计算机，由计算机对信号进行分析处理。

从而传感器技术与计算机技术结合起来，对自动化和信息化起重要作用。

采用各种传感器和微处理技术可以对各种工业参数及工业产品进行测控及检验，准确测量产品性能，及时发现隐患。

为提高产品质量、改进产品性能，防止事故发生提供必要的信息和更可靠的数据。

由于系统的工作环境比较恶劣，且对测量要求比较高，所以选择合适的传感器很重要。

目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、从集成化向智能化和网络化的方向飞速发展。

智能温度传感器DS18B20正是朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。

因此，智能温度传感器DS18B20作为温度测量装置已广泛应用于人民的日常生活和工农业生产中[5]。

2.2.1.1 DS18B20简介DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种数字化单总线器件。

属于新一代适配微处理器的改进型智能温度传感器。

与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。

可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。

因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。

同时其“一线总线”独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入了全新的概念。

单总线温度传感器DS18B20简介DS18B20是DALLAS公司生产的单总线式数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、搞干扰能力强、易配处理器等优点，特别适用于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号（提供9位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片。

它具有3引脚TO－92小体积封装形式，温度测量范围为－55℃～＋125℃，可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生，多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与多个DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。

以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。

DS18B20外形及引脚说明外形及引脚如图2所示：图2 管脚排列图在TO-92和SO-8的封装中引脚有所不同，具体差别请查阅PDF手册，在TO-92封装中引脚分配如下：1（GND）：地2（DQ）：单线运用的数据输入输出引脚3（VDD）：可选的电源引脚DS18B20工作过程及时序DS18B20内部的低温度系数振荡器是一个振荡频率随温度变化很小的振荡器，为计数器1提供一频率稳定的计数脉冲。

高温度系数振荡器是一个振荡频率对温度很敏感的振荡器，为计数器2提供一个频率随温度变化的计数脉冲。

初始时，温度寄存器被预置成-55℃，每当计数器1从预置数开始减计数到0时，温度寄存器中寄存的温度值就增加1℃，这个过程重复进行，直到计数器2计数到0时便停止。

初始时，计数器1预置的是与-55℃相对应的一个预置值。

以后计数器1每一个循环的预置数都由斜率累加器提供。

为了补偿振荡器温度特性的非线性性，斜率累加器提供的预置数也随温度相应变化。

计数器1的预置数也就是在给定温度处使温度寄存器寄存值增加1℃计数器所需要的计数个数。

18B20 原理
18B20是一款数字温度传感器，具有高精度测量范围和数字输出功能。

它采用了Dallas一线总线协议，可以简单地通过单个引脚与微控制器连接。

该传感器通过测量环境温度并将其转换为数字信号来实现温度检测。

18B20的工作原理是基于温度如何影响物质电阻的原理。

该传感器包含一个具有不同温度下不同电阻的温度传感元件。

当环境温度变化时，传感元件的电阻也会相应地变化。

具体来说，18B20使用了一个模拟-数字转换器（ADC），将传感元件的电阻值转换为数字信号。

传感元件的电阻值通过一个精密的电路进行放大、滤波和线性化处理。

转换后的数字信号可以通过18B20上的数字总线输出。

通过一线总线协议，18B20可以与微控制器通信，传输温度数据。

微控制器通过发送特定的命令，读取18B20传感器的温度值。

传感器会在请求时将温度以数字形式返回给微控制器。

由于18B20具有高精度和数字输出功能，它在许多应用中被广泛使用。

例如，它可以用于室内温度监控、温度调节和自动化控制系统中。

另外，该传感器的小尺寸和低功耗使其适用于嵌入式设备和便携式设备。

总之，18B20是一款基于电阻变化原理的数字温度传感器。

通过一线总线协议，它可以与微控制器通信，并将温度数据以数
字形式输出。

它的高精度和数字输出功能使其在各种应用中具有广泛的用途。

温度传感器18B20数字设备工艺原理概述温度传感器是一种测量温度的设备，它通常被用于监测环境温度、食品加工过程中的温度、工业流程中的温度等应用中。

温度传感器的种类有很多，其中比较常见的一种是18B20数字温度传感器。

本文将介绍18B20数字温度传感器的工艺原理以及其基本特性。

18B20数字温度传感器18B20数字温度传感器是一种硅封装温度传感器，它采用单线数字接口进行数据传输。

这种传感器广泛应用于计算机系统、工业自动化和家用电器等领域。

18B20传感器寿命长、精度高、价格合理，因此备受欢迎。

下面将详细介绍18B20数字温度传感器的工艺原理。

工艺原理18B20数字温度传感器采用热电偶元件，利用元件内部的热电效应来测量温度。

18B20数字温度传感器的原理基于温度和电压之间的关系。

元件的工作原理如下：1.传感器的热电偶元件由两个不同材质的导体组成，这些导体的接点处会产生一个温度电动势。

2.传感器将温度电动势转换为数字输出，传感器内部使用模拟信号处理电路提取来自热电偶元件的热电电压信号。

3.数字信号由传感器内部的模块进行数字处理，并采用单线数字接口进行传输。

整个过程免除了对AD转换器的使用，因此能够节省一些成本。

由于18B20数字温度传感器采用了数字信号处理技术，它对电气和电磁干扰的抵抗力很强，在信号传输时不易出现误差。

此外，数码体积小、易施工、安装方便、接线简单，延时较小，占用空间小等特点也使得18B20数字温度传感器得到广泛应用。

这种数字传感器的实时测温及精度、稳定性、信号处理优势也使得它能够满足高精度、高速度要求的温度测量。

基本特性18B20数字温度传感器的基本特性如下：•工作电压范围：3V至5.5V。

•工作温度范围：-55°C至+125°C。

•精度：±0.5°C（-10°C至+85°C范围内）；±2°C（-55°C至+125°C范围内）。

18B20操作方法：一、初始化18B20根据初始化时序图，编写初始化函数。

1.发送初始化脉冲，即DQ=0；延时486us。

2.释放总线，即DQ=1；延时57us。

3.读总线状态，检测是否收到存在脉冲。

即判断DQ是否为0，若为0则证明18B20存在。

4.释放总线，即DQ=1；延时57us。

二、向18B20写入ROM指令根据写0、1时序图，编写写“位”函数。

先判断写入数据为“1”还是“0”，可通过“按位与（&）、右移一位(>>1)”运算来实现。

若写入位数据为“1”，执行以下时序：1.发送时隙初始化脉冲，即DQ=0；延时2us。

2.释放总线，即DQ=1；延时45us。

若写入位数据为“0”，执行以下时序：1.发送时隙初始化脉冲，即DQ=0；延时57us。

2.释放总线，即DQ=1；延时2us。

按照以上时序规则，依次写入8个位（借助for循环），即可实现写入ROM指令的操作。

编写好写ROM指令函数后，依次执行写（0xCC）、写（0xBE)两条指令，便可进入下一步。

三、从18B20读出温度数据根据读0、1时序图，编写读“位”函数。

1.发送时隙初始化脉冲，即DQ=0；延时1us。

2.释放总线，即DQ=1；延时2us（要求15us内完成该操作，故延迟较小)。

3.单片机采样，即读取DQ值（temp=DQ）；延时45us。

按照以上读时隙规则，依次读出8个位（借助for循环和左移7位（7<<）、右移1位（>>1）及按位与（&）的运算）便可形成一个字节的数据。

四、生成温度数据对读出的字节数据进行处理，转换成整数。

1.初始化18B20。

2.写入ROM指令（写（0xCC）、写（0xBE)两条指令）。

3.接收数据。

（先低字节，后高字节）4.处理数据。

（a、定义无符号整形变量（占2个字节）；b、高字节左移8位（8<<）并赋值给无符号整形变量，并判断该数据的正负（制定数据并按位与（&）），例如判断(high&0xF8)==0xF8，根据情况添加正负标志位flag=1或flag=0。