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单总线数字温度传感器DS18B20原理及应用

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0. 5℃,最高可达 0. 062 5℃。 内含 64位经过激光修正的只读存储器 ROM。 适配各种单片机或系统机 。 用户可分别设定温度的上 、下限 。 供电方式有两种 : ①外加电源电压为 3. 0 ～
5. 5V; ②寄生电源 。
2 D S18B 20 内部结构
D S18B20内部框图如图 1 所示 [ 1 ] 。主要包括 7部分 : ①64位光刻 ROM 与单线接口 ; ②温度传感 器 ; ③寄生电源 ; ④温度报警触发器 TH 和 TL ,分 别用来存储用户设定的温度上 、下限 ; ⑤高速暂存 器 ,即便笺式 RAM ,用于存放中间数据 ; ⑥存储与 控制逻辑 ; ⑦8位循环冗余校验码 (CRC) 。
主 CPU 对 DS18B20 的 访 问 流 程 是 : 对 DS18B20初始化 →ROM 操作命令 →存储器 (包括 便笺 式 RAM 和 EEPROM ) 操 作 命 令 →数 据 处 理 [ 2 ] 。单总线上所有处理都从初始化开始 ,初始
第 3期 农 静 ,郑宗亚 ,刘志杰 :单总线数字温度传感器 DS18B20原理及应用
3
单总线数字温度传感器 DS18B20原理及应用
农 静 1 ,郑宗亚 1 ,刘志杰 2
(1. 上海海事大学 ,上海 200135; 2. 贵州师范大学 网络与信息中心 ,贵州 贵阳 550001)
摘要 :介绍了美国 DALLAS公司生产的单总线数字温度传感器 DS18B20的内部结构 、工作原理以及与单片机的 接口连接方式和 C语言的编程方法 。与传统装置相比 ,具有结构简单 ,测温精度高 、应用面广等特点 。 关 键 词 :传感器 ;单总线 ; DS18B20 中图分类号 : TP27 文献标识码 : A
4 智能温度测量系统
由 DS18B20构成的最小温度测量系统由三部 分组成 : DS18B20 温 度 传 感 器 、89C2051、显 示 模 块 [3]。
基于 DS18B20的温度测量装置 [ 4 ]电路如图 3 所示 :温度传感器 DS18B20 将被测环境温度转化 成带符号的数字信号 ,输出脚 DQ 直接与单片机的 P3. 5相连 , R1为 5kΩ 上拉电阻 ,传感器采用外部
Abstract: This paper introduces the characteristics, structure and p rincip le of digital temperature sen2 sor DS18B20. M eanwhile, the hardware interface and the software design are given between 89C2051 and DS18B20 in temperature m easurement. Compared w ith the traditional temperature control devices, this system has the characters of simp ler structure, higher p recision and w ider app lication. Key words: sensor; 12w ire; DS18B20
配置寄存器的 R1、R0位可编程设定温度分辨 率 ,如表 2所示 。分辨率设定及用户设定的报警温 度存储在非易失性电擦写 EEPROM 中 ,掉电后仍
120
3 D S18B 20 控制方法
DS18B20的管脚排列如图 2 所示 。其中 , NC 为空引脚 ,不连接外部信号 ;为接电源引脚 ,电源供 电 3. 0 ～5. 5V; GND 接地 ; DQ 为数据的输入和输 出引脚 。
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 。 第一个 八 位 为 单 总 线 器 件 识 别 码 (DS18B20 为 28h) ,接下来 48 位是器件的惟一系列码 ,最后八 位是前 56位的 CRC校验码 。每个 DS18B20 的序 列号都各不相同 ,这样就可以实现一根总线上挂接 多个 DS18B20的目的 。
图 2 DS18B20引脚分布图 Fig. 2 DS18B20 p in A ssignment
DS18B20与单片机的连接有两种方法 ,一种是 VDD 接外部电源 , GND 接地 , DQ 与单片机的 I/O 线相 连 ; 另 一 种 是 用 寄 生 电 源 供 电 , 此 时 VDD、 GND 接地 , DQ 接单片机 I/O。无论是内部寄生电 源还是外部供电 , I/O 口线都要接 4. 7kΩ 左右的上 拉电阻 。
DS18B20是美国 DALLAS公司生产的单总线 数字温度传感器 ,可把温度信号直接转换成串行数 字信号供微机处理 ,在一条总线上可挂接多个 DS18B20芯片 ,是只有一个总线命令者和一个或多 个从者组成的计算机应用系统 。主机或从机通过 一个漏极开路或三态端口连至该单总线 ,以允许设 备在不发送数据时能够释放总线 ,而让其他设备使 用总线 。单总线通常要求外接一个约为 4. 7kΩ 的 上拉 电 阻 , 当 总 线 闲 置 时 , 其 状 态 为 高 电 平。 DS18B20数字温度传感器可提供 9～12 位温度读 数 。读取或写入 DS18B20 的信息仅需一根总线 , 总线本身可以向所有挂接的 DS18B20芯片提供电 源 ,而不需额外的电源 。由于 DS18B20这一特点 , 非常适合于多点温度检测系统 ,硬件结构简单 ,方
便联网 ,在仓储管理 、工农业生产制造 、气象观测 、 科学研究以及日常生活中被广泛应用 。
文章将介绍智能集成温度传感器 DS18B20的 结构特征及控制方法 ,给出以此传感器和 89C2051 单片机构成的最小温度测量系统 ,并对其程序设计 作了介绍 。
1 D S18B20性能特点 [ 1 ]
采用单总线专用技术 ,既可通过串行口线 ,也 可通过其它 I/O 口线与微机接口 ,无须经过其它变 换电路 ,直接输出被测温度数字量 ( 9 ～12 位二进 制数 ,含 1位符号位 ,可由编程决定具体位数 ) 。
9 - bit 10 - bit 11 - bit 12 - bit
M ax Conversion
Tim e 93. 75m s ( tconv /8) 187. 5m s ( tconv /4)
375m s ( tconv /2) 750m s ( tconv )
图 1 DS18B20内部结构 Fig. 1 DS18B20 B lock D iagram
指 令 温度转换 读暂存器 写暂存器 复制暂存器 重新调 EEPROM 读电源供电方式
表 3 存储器操作命令
Tab. 3 M emory command functions
约定代码
操 作 说 明
44H B EH 4EH 48H B8H B4H
启动 DS18B20进行温度转换 读暂存器 9个字节内容
其温度传感器可完成对温度的测量 ,以 l6位带 符号扩展的二进制补码形式 ,存储在便笺 RAM 的第 0、1字节。单片机可通过单线接口读到该数据 ,读 取时 低 位 在 前 , 高 位 在 后 , 数 据 格 式 以 0. 062 5℃ / LSB 形式表示。当工作在 12位分辨率下温度与 数字输出的对应关系如表 l所列。DS18B20 完成温 度转换后 ,就把测得的温度值与 TH , TL 做比较 ,若 T > TH或 T < TL ,则将该器件内的告警标志置位 ,并 对主机发出的告警搜索命令做出响应 [2] 。
The pr inc iple and applica tion of 12w ire d ig ita l tem pera ture sen sor D S18B20
NONG J ing, ZHENG Zong2ya, L IU Zhi2jie
(1. Shanghai M aritime University, Shanghai, 200135, China; 2. Centre of Network and Information, Guizhou Normal University, Guiyang, Giuzhou 550001, China)
将数据写入暂存器的 TH、TL字节 把暂存器的 TH、TL字节写到 EEPROM 中 把 EEPROM 中的 TH、TL字节写到暂存器 TH、TL字节 启动 DS18B20发送电源供电方式的信号给主 CPU
所有的 l—W ire总线器件要求采用严格的信 号时序 ,以保证数据的完整性 。DS18B20共有 6种 信号类型 :复位脉冲 、应答脉冲 、写 0、写 l、读 0 和 读 l。所有这些信号 ,除了应答脉冲以外 ,都由主机 发出同步信号 。并且发送所有的命令和数据都是 字节的低位在前 。详细的时序图可参见 DSl8B20 数据手册 。
电源供电 。若采用带屏蔽的双绞电缆线 ,连线的长 度可以达到 150m。89C2051是整个装置的控制核 心 , 89C2051 内带 2K字节的 FlashROM ,用户程序 存放在这里 。显示器模块由四位共阳数码管和 4 个 9012组成 。系统的运行程序采用 C语言编写 , 采用模块化设计 ,整体程序由主程序和子程序组 成 [ 3 ] [ 5 ] 。系统程序分传感器控制程序和显示器程 序两部分 ,传感器控制程序是按照 DS18B20 的通 信协议编制 。系统的工作是在程序控制下 ,完成对 传感器的读写和对温度的显示 。
FFF8H
- 10. 125℃
FF5EH
- 25. 0625℃
FF6FH
- 55℃
FC90H
表 2 R1、R0位设定分辨率和最大转换时间 Tab. 2 Thermometer resolution configuration
R1 R2
00 01 10 11
The rmom e te r R e so lu tion

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DS18B20原理及应用

DS18B20原理及应用

数字温度传感器DS18B20的工作原理及在变电站测温的应用一应用背景概述测量温度的关键是温度传感器。

随着技术飞速发展，传感器已进入第三代数字传感器。

本测温系统采用的DS18B20就是属于这种传感器。

DS18B20是美国DALLAS半导体公司生产的单总线数字温度传感器，它可以实现数字化输出和测试，并且有控制功能强、传输距离远、抗干扰能力强、接口方便、微功耗等优点，因而被广泛应用在工业、农业、军事等领域的控制仪器、测控系统中。

二 DS18B20的原理及特性介绍1.DS18B20的几个特点：a. DS18B20因为采用了单总线技术，可通过串行口线，也可通过其他I/O口线与微机直接接传感器直接输出被测温度值（二进制数）。

b.其测量温度范围为：-55℃————+125℃,c.测量分辨率为：0.0625℃,是其他传感器无法相比的。

图1 DS18B20外部形状及管脚d.内含64位只读存储器ROM,（内存出厂序列号，是对应每一个器件的唯一号），还又RAM 存有温度当前转换值及符号。

e.用户可分别设定每个器件的温度上、下限。

f.内含寄生电源。

2. DS18b20的结构：a. 64位光刻ROM ，可以看作是DS18B20的地址序列号，如表一所示。

表1b.高速暂存器RAM共占0、1两个单元：表2两个8位的RAM中，存放二进制的数，高五位是符号位，如果温度大于0OC,这五位数为0，将测到的数值乘以0.0625，即得到实际的温度值;如果温度小于0OC,高五位为1，测到的数值需要取反加1，再乘以0.0625 ，才得到实际的温度值。

c. 九个寄存器的名称及作用：表3三 DS18B20 的控制方法DS18B20的操作是通过执行操作命令实现的，其控制程序是按照DS18B20的通讯协议编制的。

单片机与DS18B20交换数据，CPU按照单总线协议在总线上产生复位时序和读写时序来实现的。

其中包含复位脉冲、响应脉冲、读、写时序，只有响应脉冲是DS18B 20发出的，其他都有单片机发出。

DS18B20的工作原理

DS18B20的工作原理

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。

在农业领域，DS18B20可用于温室、畜牧场等环境温度的监测和控制。

DS18b20

DS18b20


一、DS18B20基本结构原理
2. DS18B20外形与引脚功能
一、DS18B20基本结构原理
3.DS18B20内部结构图
存储与逻辑控制
供电 感应
64位ROM 1线端口
高速 寄存器
8位CRC
温度传感器 上限报警寄存器 下限报警寄存器
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。光刻ROM中的64位序列号是DS18B20的地址序列码。
开始
初始化DS18B20 跳过ROM匹配
开始温度转换
转换结束了否？ N
Y
初始化DS18B20 跳过ROM匹配
读温度值 结束
四、DS18B20的温度测量操作
2. DS18B20温度测量程序流程
开始 C51送复位脉冲 18B20送存在脉冲 送SKIP ROM命令
C51送复位脉冲 18B20送存在脉冲 送SKIP ROM命令
三、DS18B20的读写
(一）单线接口访问DS18B20的协议
➢根据DS18B20的通讯协议，主机（总线控制器）每次 访问DS18B20都必须遵循以下顺序：
初始化18B20 ； ROM操作命令； 存贮器操作命令： 执行/数据。
➢协议包括几种单线信号类型：复位信号、存在信号、写0、 写1、读0、读1。除存在信号外，全部由主机产生。
二、DS18B20的寄存器
3. DS18B20温度数据形式
温度存储器中数据用16位符号扩展的二进制补码形式表示。 0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。
9位
12位
二、DS18B20的寄存器
以12为例：
12位数据，存储在18B20的两个8比特（位）的RAM中，Bit0是最低位， 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FF6FH，-55℃的数字输出为FC90H。
DS18B20的工作原理

DS18B20的工作原理

DS18B20的工作原理DS18B20是一种数字温度传感器，具有高精度和广泛的应用范围。

它采用单总线接口进行通信，可以直接与微处理器或者其他数字设备连接。

下面将详细介绍DS18B20的工作原理。

1. 原理概述DS18B20采用了数字温度传感器的工作原理，通过测量温度对应的电压值来获取温度信息。

它内部集成为了温度传感器、模数转换器和数据存储器，可以直接输出数字信号。

2. 温度传感器DS18B20使用了特殊的温度传感器，这个传感器是由一对金属导线组成的，其中一个导线是纯铜，另一个导线是由铜和镍合金组成的。

当温度发生变化时，导线的电阻值也会发生变化，通过测量电阻值的变化可以得到温度信息。

3. 单总线接口DS18B20使用单总线接口进行通信，这意味着它只需要一个引脚来连接到主控设备。

单总线接口可以减少连接线的数量，简化电路设计。

4. 工作原理DS18B20的工作原理如下：- 当主控设备发送开始信号时，DS18B20会进入工作状态，并开始测量温度。

- DS18B20将温度转换成数字信号，并将其存储在内部的数据存储器中。

- 主控设备发送读取命令后，DS18B20会将存储的温度值发送给主控设备。

- 主控设备接收到温度值后，可以进行进一步的处理和显示。

5. 精度和分辨率DS18B20具有高精度和可调节的分辨率。

它可以提供从9位到12位的温度测量分辨率，分辨率越高，测量精度越高。

例如，当分辨率设置为12位时，温度测量精度可以达到±0.0625°C。

6. 供电方式DS18B20可以通过主控设备提供的电源进行供电，也可以使用独立的电源。

它的工作电压范围为3V至5.5V，电流消耗较低，适合在低功耗应用中使用。

7. 应用领域DS18B20广泛应用于各种需要温度测量的领域，例如：- 家用电器：空调、冰箱、洗衣机等。

- 工业自动化：温度监测和控制系统。

- 农业：温室控制、畜牧业等。

- 汽车电子：发动机温度监测、空调系统等。