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数字温度传感器DS18B20的原理与应用
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Theory and Application of DS18B20
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■山东潍坊学院信息与控制工程系 马云峰
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DS18B20是DALLAS公司生产的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9～12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非常适合于远距离多点温度检测系统中。
DS18B20的内部结构
DS18B20内部结构如图1所示，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）。
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。
DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，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。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。
高低温报警触发器TH和TL、配置寄存器均由一个字节的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。其中配置寄存器的格式如下：
R1、R0决定温度转换的精度位数：R1R0="00"，9位精度，最大转换时间93.75ms；R1R0="01"，10位精度，最大转换时间187.5ms；R1R0="10"，11位精度，最大转换时间375ms；R1R0="11"，12位精度，最大转换时间750ms；未编程时默认为12位精度。
高速暂存器是一个9字节的存储器。开始两个字节包含被测温度的数字量信息；第3、4、5字节分别是TH、TL、配置寄存器的临时拷贝，每一次上电复位时被刷新；第6、7、8字节未用，表现为全逻辑1；第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。
DS18B20与单片机的典型接口设计
图2以MCS-51系列单片机为例，画出了DS18B20与微处理器的典型连接。图2（a）中DS18B20采用寄生电源方式，其VDD和GNG端均接地，图2（b）中DS18B20采用外接电源方式，其VDD端用3V～5.5V电源供电。
主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。必须先启动DS18B20开始转换，再读出温度转换值。假设一线仅挂接一个芯片，使用默认的12位转换精度，外接供电电源，可写出完成一次转换并读取温度值子程序GETWD。
GETWD:LCALL INIT
MOV A，#0CCH
LCALL WRITE；发跳过ROM命令
MOV A，#44H
LCALL WAITE；发启动转换命令
LCALL INIT
MOV A，#0CCH；发跳过ROM命令
LCALL WRITE
MOV A，#0BEH；发读存储器命令
LCALL READ
MOV WDLSB，A；温度值低位字节送WDLSB
LCALL READ
MOV WDMSB，A；温度值高位字节送WDMSB
……
子程序GETWD读取的温度值高位字节送WDMSB单元，低位字节送WDLSB单元，再按照温度值字节的表示格式及其符号位，经过简单的变换即可得到实际温度值。
如果一线上挂接多个DS18B20，采用寄生电源连接方式，需要进行转换精度配置，高低限报警等，则子程序GETWD的编写就要复杂一些。
我们已成功地将DS18B20应用于所开发的"家用采暖洗浴器"控制系统中，其转换速度快，转换精度高，与微处理器的接口简单，给硬件设计工作带来了极大的方便，可有效地降低成本，缩短开发周期。
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