ds18b20温度传感器工作原理

ds18b20与单片机工作原理

DS18B20是一款数字温度传感器，常用于单片机系统中进行温度测量。它采用了1-Wire总线协议，可以通过单一的数据线实现数据传输和供电。

DS18B20传感器内部结构包含了一个温度传感器单元、数字转换单元和存储器单元。温度传感器单元采用了精确的模拟传感器，能够测量环境温度并输出相应的模拟信号。数字转换单元将模拟信号转换为数字信号，并通过1-Wire总线传输给单片机。存储器单元用于存储温度传感器的序列号、配置信息和温度数据。

DS18B20与单片机之间的通信采用了1-Wire总线协议。这种协议通过单一的数据线实现数据传输和供电，简化了硬件连接和布线。在通信过程中，单片机作为总线的主设备，发出读取传感器数据的指令，并通过1-Wire总线接收传感器的响应。传感器在接收到指令后，进行温度测量并将结果转换为数字信号，然后通过1-Wire总线传输给单片机。

为了确保稳定的数据传输，DS18B20还包含了内部的电源管理电路和时序控制电路。电源管理电路能够自行调整传感器的供电电流，并且能够自动进入休眠状态以降低功耗。时序控制电路用于控制通信的时间序列，确保数据的准确传输。

总结而言，DS18B20与单片机通过1-Wire总线协议进行通信，实现温度数据的测量和传输。其内部结构包含温度传感器单元、数字转换单元和存储器单元，通过精确的模拟传感器进行温度测量，并采用电源管理和时序控制电路确保稳定的数据传输。

【注意】回答中出现的具体器件、厂商及其特定信息只是为了描述清楚相关原理，并不构成对其的任何推荐或宣传。

DS18B20的工作原理

DS18B20是一款数字温度传感器，它采用单总线接口进行通信，并且具有高精度、低功耗和可编程分辨率的特点。在本文中，我将详细介绍DS18B20的工作原理，包括其硬件结构和通信协议。

1. 硬件结构

DS18B20由温度传感器、控制逻辑和存储器组成。温度传感器采用基于硅的温度传感器技术，能够测量环境温度并将其转换为数字信号。控制逻辑负责控制传感器的工作模式和数据传输。存储器用于存储温度传感器的惟一标识符和用户可编程的配置寄存器。

2. 工作原理

DS18B20采用单总线接口进行通信，这意味着它只需要一个引脚来进行数据传输和控制。传感器和主控设备之间的通信是通过发送和接收脉冲来实现的。

在通信开始之前，主控设备会发送复位脉冲，以确保传感器处于正确的工作状态。接下来，主控设备发送指令给传感器，指令包括读取温度、写入配置等操作。传感器根据指令执行相应的操作，并将结果发送回主控设备。

为了确保数据的准确性，DS18B20采用了一种叫做1-Wire协议的通信协议。在这个协议中，数据是通过脉冲的持续时间来表示的。逻辑“0”的脉冲持续时间较短，而逻辑“1”的脉冲持续时间较长。主控设备和传感器之间的通信是通过发送和接收这些脉冲来实现的。

3. 数据传输

DS18B20的数据传输包括三个阶段：复位、命令和数据。

在复位阶段，主控设备发送一个复位脉冲，以确保传感器处于正确的工作状态。 在命令阶段，主控设备发送指令给传感器。指令包括读取温度、写入配置等操作。传感器根据指令执行相应的操作，并将结果发送回主控设备。

在数据阶段，传感器将温度数据转换为数字信号，并通过单总线接口发送给主控设备。主控设备接收到数据后，可以进行进一步的处理和显示。

4. 应用领域

由于DS18B20具有高精度、低功耗和可编程分辨率的特点，它在许多领域得到了广泛应用。

在工业领域，DS18B20可用于温度监测和控制系统，如温度计、温度报警器等。

温度传感器:ﻫDS１8B２０就是DAＬLAＳ公司生产得一线式数字温度传感器，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得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诸多DＳ18B20通信,占用微处理器得端口较少,可节省大量得引线与逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。

2 DS１8B２0得内部结构 ﻫﻫDS18B2０内部结构如图1所示,主要由4部分组成:64位ROＭ、温度传感器、非挥发得温度报警触发器TH与TL、配置寄存器。DＳ18B20得管脚排列如图2所示，DQ为数字信号输入／输出端；GNＤ为电源地;VＤD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地，见图4)。 ﻫ

ROM中得6４位序列号就是出厂前被光刻好得，它可以瞧作就是该DＳ18B２0得地址序列码，每个DＳ1８B２０得64位序列号均不相同.64位ＲＯＭ得排得循环冗余校验码(CRC=X8+Ｘ5+X4+1）。ROＭ得作用就是使每一个DS18B２０都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个ＤS1８Ｂ2０得目得。

ﻫ图１ DＳ18B20得内部结构

图2DS18B２0得管脚排列

DS18B20中得温度传感器完成对温度得测量,用16位符号扩展得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。例如+125℃得数字输出为07D0Ｈ，+2５。06２5℃得数字输出为0１９1H，-25.06２5℃得数字输出为FF６ＦH，－55℃得数字输出为FC90H。 ﻫ温度值高字节 ﻫ

高低温报警触发器TＨ与ＴL、配置寄存器均由一个字节得EEPRＯM组成，使用一个存储器功能命令可对TH、ＴL或配置寄存器写入。其中配置寄存器得格式如下： ﻫＲ1、R0决定温度转换得精度位数:R1R0=“０

常用温度传感器DS18B20引脚图,管脚功能及特点

DS18B20的性能特点:

1．单线结构，只需一根信号线和CPU相连。

2. 不需要外部元件，直接输出串行数据。

3. 可不需要外部电源，直接通过信号线供电，电源电压范围为3.3V～5V。

4．测温精度高，测温范围为：一55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内，精度为±O.5℃。

5．测温分辨率高，当选用12位转换位数时，温度分辨率可达0．0625℃。

6．数字量的转换精度及转换时间可通过简单的编程来控制：9位精度的转换时间为93．75

ms：10位精度的转换时间187.5ms：12位精度的转换时间750ms。

7.具有非易失性上、下限报警设定的功能，用户可方便地通过编程修改上、下限的数值。

8．可通过报警搜索命令识别哪片DS18820采集的温度超越上、下限。

DS18B20引脚图

DS18B20的常用封装有3脚、8脚等几种形式，如图1所示。：

各脚功能描述如下:

DQ：数字信号输入／输出端。

GND：电源地端。

VDD：外接供电电源输入端(在寄生电源接线时此脚应接地)

DS18B20内部结构简要介绍：

DS18820的内部结构如图3所示：主要有64位光刻ROM、温度传感器、非易失性温度报警触发器TH和TL、配置寄存器等组成。

1．64位光刻ROM是生产厂家给每一个出厂的DS18820命名的产品序列号，可以看作为该器件的地址序列号。其作用是使每一个出厂的DS18820地址序列号都各不相同，这样，就可以实现一根总线上挂接多个DS18820的目的。

2．DS18820中的温度传感器完成对温度的测量，输出格式为：16位符号扩展的二进制补码。当测温精度设置为12位时，分辨率为O．0625℃，即O．0625℃／LSB。其二进制补码格式如图2所示。

其中，S为符号位，S=1，表示温度 为负值；S=0，表示温度为正值。例如+125℃的数字输出为07D0H，-55℃的数字输出为FC90H。一些温度值对应的数字输出如图4所示。