由单片机和多片DS1820组成的多点温度测控系统
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《国外电子元器件》2001年第1期2001年1月
1概述
DS1820是美国DALL AS 公司生产的单线数
字温度传感器,它具有微型化、低功耗、高性能、抗干拢能力强、易配微处理器等优点,特别适合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供微机处理,而且每片DS1820都有唯一的产品号并可存入其ROM 中,以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个DS1820芯片。
从DS1820读出或写入DS1820信息仅需要一根口线,其读写及温度变换功率来源于数据总线,该总线本身也可以向所挂接的DS1820供电,而无需额处电源。
DS1820能提供九位温度读数,它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。
2D S1820的工作原理
DS1820采用3脚PR -35封装或8脚SO IC
封装,管脚排列如图1所示。
图中GND 为地,I/O 为数据输入/输出端(即单线总线),该脚为漏极开路输出,常态下呈高电平。
V DD 是外部+5V 电源端,不
用时应接地。
NC
为空脚。
图2所示为DS1820的内部框图,它主要包括寄
生电源、温度传感
器、64位激光ROM 单线接口、存放中间数据的高速暂存器(内含便笺式RAM )、,用于存储用户设定的温度上下限值的T H 和T L 触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码(CRC )发生器等七部分。
211寄生电源
寄生电源由二极管VD 1、VD 2和寄生电容C 组成。
电源检测电路用于判定供电方式。
寄生电源供电时,V DD 端接地,器件从单线总线上获取电源。
在I/O 线呈低电平时,改由C 上的电压V C 继续向器件供电。
该寄生电源有两个优点:第一,检测远程温度时无需本地电源;第二,缺少正常电源时也能读ROM 。
若采用外部电源V DD ,则通过VD 2向器件供电。
212温度测量原理
DS1820测量温度时使用特有的温度测量技术。
其测量电路框图如图3所示。
DS1820内部的低温度系数振荡器能产生稳定
的频率信号f 0,高温度系数振荡器则将被测温度转换成频率信号f 。
当计数门打开时,DS1820对f 0计
由单片机和多片DS1820组成的多点温度测控系统
武汉理工大学马房山东院
戴蓉
游凤荷
周景霞
An Tem p rature Measurement &Control S y stem b y DS1820
Di g ital Sensor and MCU
Dai Ron g
Y ou Fen g he
Zhou Jin g xia
摘要:DS1820是DALL AS 公司生产的单线数字温度传感器,它可以在单片机的控制下组成多点温度测量系统。
文章介绍了单线数字式温度传感器DS1820的工作原理,给出了用DS1820和89C51单片机构成的单线多点温度测控系统的应用电路及软件框图。
关键词:数字温度计;单线制;多路温控仪;单片机系统;DS1820分类号:T H811文献识别码:B 文章编号:1006-6977(2001)01-0060-03
图2DS1820的内部框图
●电路与设计
图1
DS1820的管脚排列
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由单片机和多片D S1820组成的多点温度测控系统
图3
温度测量电路
数,计数门开通时间由高温度系数振荡器决定。
芯片内部还有斜率累加器,可对频率的非线性予以补偿。
测量结果存入温度寄存器中。
一般情况下的温度值应为9位(符号占1位),但因符号位扩展成高8位,故以16位补码形式读出,表1给出了温度和数字量的关系。
21364位激光ROM
64位RO M 的结构如下:
开始8位是产品类型的编号(D S1820为10H ),接着是每个器件的唯一的序号,共有48位,最后8位是前56位的CRC 校验码,这也是多个D S1820可以采用一线进行通信的原因。
主机操作RO M 的命令有五种,如表2所列
214高速暂存器
它由便笺式RA M 和非易失性电擦写E ERA M 组成,后者用于存储T H 、T L 值。
数据先写入RA M ,经校验后再传给E ERA M 。
便笺式RA M 占9个字节,包括温度信息(第1、2字节)、T H 和T L 值(3、4字节)、计数寄存器(7、8字节)、CRC (第9字节)等,第5、6字节不用。
暂存器的命令共6条,见表3所列。
在正常测温情况下,D S1820的测温分辨力为015℃,可采用下述方法获得高分辨率的温度测量结果:首先用D S1820提供的读暂存器指令(B E H )读出以015℃为分辨率的温度测量结果,然后切去测量结果中的最低有效位(L SB ),得到所测实际温度的整数部分T Z ,然后再用B E H 指令取计数器1的计数剩余值C S 和每度计数值C D 。
考虑到D S1820测量温度的整数部分以0125℃、0175℃为进位界限的关系,实际温度T S 可用下式计算:
T S =(T Z -0125℃
)+(C D -C S )/C D 215告警信号
D S1820完成温度转换后,就把测得的温度值与T H 、T L 作比较。
若T >T H 或T <T L ,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作出响应。
因此,可用多只D S1820同时测量温度并进行告警搜索。
一旦某测温点越限,主机利用告警搜索命令即可识别正在告警的器件,并读出其序号,而不必考虑非告警器件。
216CRC 的产生
在64位RO M 的最高有效字节中存有循环冗余验码(CRC )。
主机根据RO M 的前56位来计算CR C 值,并和存入D S 1820中的CRC 值作比较,
以
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《国外电子元器件》2001年第1期2001年1月
判断主机收到的ROM 数据是否正确。
CRC 的函数
表达式为
:CRC =X 8+X 5+X 3
+1。
此外,DS1820尚
需依上式为暂
存器中的数据来产生一个8位CRC 送给主机,以确保暂存器数据传送无误。
3
多路温度测控仪的电路设计
用单片机控制的多路温度测控仪的电路如图4所示。
现用6只DS1820同时测控6路温度
(视实际需要
还可任意扩展通道数)。
图4中采用89C51单片机,其
P 111口接单线总
线。
DS1820采用寄
生电源供电方式。
为保证在有效的
DS1820时钟周期内
能提供足够的电流,图4中采用一个MOSF ET 管和89C51的P 110口来完成对DS1820的总线上拉。
P112～P117口用来输出温度测控信号,经驱动器MC1413后分别驱动
6只固态继电器,通
过改变加热或致冷系
统的工作状态,可实现对被监测系统的实时控制。
为提高系统的可靠性,该系统设计了由硬件与软件组成的“看门狗”。
硬件看门狗由MAX813L 及其外围电路组成,同时还具有电源监控和复位功能。
P111定时输出喂狗,按键S 1为手动复位。
键盘扫描和动态扫描的显示共用一片可编程接口芯片8279,显示采用8位共阴极L ED 数码管,它可用来显示通道数、温度测量值以及T H 、T L 的值。
需要注意的是,在系统安装及工作之前应将主机逐个与DS1820挂接,以读出其序列号。
其工作过程为:主机发出一个脉冲,待“0”电平大于480μs 后,复位DS1820,在DS1820所发响应脉冲由主机接收后,主机再发读ROM 命令代码33H ,然后发一个脉冲(15μs ),并接着读取DS1820序列号的一位。
用同样方法读取序列号的56位。
另外,由于DS1820单线通信功能是分时完成的,遵循严格的时隙概念,因此,系统对DS1820和各种操作必须按协议进行,即:初始化DS1820(发复位脉冲)ϖ发ROM 功能命令ϖ发存储器操作命令ϖ处理数据。
系统对DS1820操作的总体流程图如图5所示。
参考文献
11DALL AS 公司半导体手册11996
21陈光东1单片微型计算机原理与接口技术1武
汉:华中理工大学出版社11998
收稿日期:2000-07-05
咨询编号:010119
图4
多路温度测控电路原理图
图5对DS1820操作的总体流程图。
