18B20Word格式文档下载.docx
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（2）在使用中不需要任何外围元件；
（3）可用数据线供电，供电电压范围：
+3.0V～+5.5V；
（4）测温范围：
-55～+125℃。
固有测温分辨率为0.5℃。
当在-10℃～+85℃范围内，可确保测量误差不超过0.5℃，在-55～+125℃范围内，测量误差也不超过2℃；
（5）通过编程可实现9～12位的数字读数方式；
（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值；
（7）支持多点的组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点测温
（8）负压特性，即具有电源反接保护电路。
当电源电压的极性反接时，能保护DS18B20不会因发热而烧毁，但此时芯片无法正常工作；
（9）DS18B20的转换速率比较高，进行9位的温度值转换只需93.75ms；
（10）适配各种单片机或系统；
（11）内含64位激光修正的只读存储ROM，扣除8位产品系列号和8位循环冗余校验码（CRC）之后，产品序号占48位。
出厂前产品序号存入其ROM中。
在构成大型温控系统时，允许在单线总线上挂接多片DS18B20[6]。
2.2.1.2DS18B20的内部结构及工作原理
DS18B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装。
其管脚排列见图2-1。
图2-1DS18B20管脚封装图
I/O为数据输入/输出端（即单线总线），它属于漏极开路输出，外接上拉电阻后，常态下呈高电平。
UDD是可供选用的外部电源端，不用时接地，GND为地，NC空脚。
DS18B20的内部结构主要包括7部分:
寄生电源、温度传感器、64位激光（loser）ROM与单线接口、高速暂存器（即便筏式RAM，用于存放中间数据）、TH触发寄存器和TL触发寄存器，分别用来存储用户设定的温度上下限值、存储和控制逻辑、位循环冗余校验码（CRC）发生器。
DS18B20的测温原理见图2-2。
图2-2DS18B20内部测温原理图
图2-2中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振的振荡频率随温度变化而明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。
图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，进而完成温度测量。
计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。
减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
图2-2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理[7]。
DS18B20内部对计算的结果可提供0.5℃的分辨力。
温度以16bit带符号位扩展的二进制补码形式读出，表2-1给出了温度值和输出数据的关系。
数据通过单线接口以串行方式传输。
DS18B20测温范围-55℃~+125℃，以0.5℃递增。
如果用于华氏温度，必须要使用一个转换因子查找表。
注意DS18B20内温度表示值为1/2℃LSB，9bit格式见表2-1。
表2-1DS18B20温度数据表示格式
温度数据关系见表2-2。
表2-2DS18B20温度数据关系
温度°
C
数据输出（二进制）
数据输出（十六进制）
+125
0000000011111010
00FA
+25
0000000000110010
0032
+1/2
0000000000000001
0001
0000000000000000
0000
-1/2
1111111111111111
FFFF
-25
1111111111001110
FFCE
-55
1111111110010010
FF92
DS18B20是本设计中的核心部件，是用来检测温度的传感器，它自身可以把检测到的模拟信号转换成数字信号，然后通过一根信号线将转换好的数据直接传输给单片机，供应5V的电源就行了，只要对其进行一系列必要的编程，就可以实现将温度全部读出。
硬件连接见图2-3。
图2-3DS18B20的连接电路
1.3.1DS18B20原理简介
DS18B20单线数字温度传感器外部封装图如图1-2所示：
图1-2单线数字温度传感器外部封装图
DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。
与传统的热敏电阻相比，他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。
他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。
1DS18B20性能特点
（1）独特的单线接口方式：
DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
（2）在使用中不需要任何外围元件。
（3）可用数据线供电，电压范围：
3.0～5.5V。
-55～125℃。
固有测温分辨率为0.5℃。
（5）通过编程可实现9～12位的数字读数方式。
（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。
（7）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。
（8）负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
2DS18B20内部结构
DS18B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装，其内部结构主要由四部分组成，如图1-3所示：
图1-3DS18B20内部结构
（1）64位光刻ROM
（2）温度传感器
（3）非挥发的温度报警触发器TH和TL
（4）高速暂存器。
18B20的管脚排列如图1-4所示。
64位光刻ROM是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列号。
不同的器件地址序列号不同。
图1-4
DS18B20引脚分布图
（1）64b闪速ROM的结构如表1-1：
表1-1闪速ROM的结构
８b检验CRC
４８b序列号
8b工厂代码（10H）
MSBLSB
MSBLSB
TM
R1
R0
1
开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后8位是前56位的CRC校验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。
（2）非易市失性温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限。
（3）高速暂存存储器[4]
DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM。
后者用于存储TH，TL值。
数据先写入RAM，经校验后再传给E2RAM。
而配置寄存器为高速暂存器中的第5个字节，他的内容用于确定温度值的数字转换分辨率，DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。
该字节各位的定义如表1-2：
表1-2DS18B20内部存储器
低5位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。
在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，即是来设置分辨率，如表1-3所示（DS18B20出厂时被设置为12位）。
表1-3 R1和R0模式表
分辨率
温度最大转换时间/mm
9位
93.75
10位
187.5
11位
275.00
1
12位
750.00
由表1-3可见，设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长。
因此，在实际应用中要在分辨率和转换时间权衡考虑。
高速暂存存储器除了配置寄存器外，还有其他8个字节组成，其分配如下所示。
其中温度信息（第1，2字节）、TH和TL值第3，4字节、第6～8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。
表1-4 R1和R0模式表
温度低位
温度高位
TH
TL
配置
保留
８位CRC
LSBMSB
当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。
转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1，2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0.625℃/LSB形式表示。
温度值格式如表1-5：
表1-5 温度值格式
23
22
21
20
2-1
2-2
2-3
2-4
S
26
25
24
对应的温度计算：
当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；
当S=1时，先将补码变换为原码，再计算十进制值。
表1-6是对应的一部分温度值。
表1-6 部分温度值
温度/℃
二进制表示
十六进制表示
00000111
11010000
07D0H
+25.0625
00000001
10010001
0191H
+0.5
00000000
00001000
0008H
0000H
－0.5
11111111
11111000
FFF8H
－25.0625
11111110
01101111
FE6FH
－55
11111100
10010000
FC90H
DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与TH，TL作比较，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作出响应。
因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行告警搜索。
（4）CRC的产生在64bROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（CRC）。
主机根据ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。
3、DS18B20的测温原理
DS18B20的测温原理如图1-5所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小[5]，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。
这就是DS18B20的测温原理。
另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。
系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。
操作协议为：
初始化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。
各种操作的时序图与DS1820相同。
[6]
图1-5 DS18B20的内部测温电路框图
4、DS18B20控制方法
在硬件上，DS18B20与单片机的连接有两种方法，一种是Vcc接外部电源，GND接地，I/O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，I/O接单片机I/O。
无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线接一个4.7KΩ左右的上拉电阻即可。
DS18B20有六条控制命令，如下表1-7所示：
表1-7DS18B20控制命令
指
令
约定代码
操
作
说
明
温度转换
44H
启动DS18B20进行温度转换
读暂存器
BEH
读暂存器9个字节内容
写暂存器
4EH
将数据写入暂存器的TH、TL字节
复制暂存器
48H
把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中
重新调E2RAM
B8H
把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节
读电源供电方式
B4H
启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU
CPU对DS18B20的访问流程是：
先对DS18B20初始化，再进行ROM操作命令，最后才能对存储器操作，数据操作。
DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。
如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通讯协议，须经三个步骤：
每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作[7]。
其引脚排列如图1-6所示：
图1-6DS18B20引脚图
序号
名称
引脚功能描述
GND
地信号
2
DQ
数据输入/输出引脚。
开漏单总线接口引脚。
当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。
3
VDD
可选择的VDD引脚。
当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。
误差（℃）
温度（℃）
图1-7DS18B20的典型工作曲线
5、DS18B20的延时问题
虽然DS18B20有诸多优点，但使用起来并非易事，由于采用单总线数据传输方式，DS18B20的数据I/O均由同一条线完成。
因此，对读写的操作时序要求严格。
为保证DS18B20的严格I/O时序，需要做较精确的延时。
在DS18B20操作中，有了比较精确的延时保证，就可以对DS18B20进行读写操作、温度转换及显示等操作。
图3-3温度采集流程图
3-3温度采集流程图
3.2.2温度检测程序
该程序功能是把数字传感器DS18B20检测的当前温度值读入单片机内存单元。
其程序流程图如图3-2所示：
图3-2 温度检测程序流程图
3.2.3多路监测温度处理程序
因为要进行多路温度检测，因此要通过键盘来改变检测通道。
这里通过设置通道加，通道减，来改变测试的通道。
这就是多路监测温度处理程序所要完成的功能。
程序流程图如图3-3所示：
图3-3温度处理程序流程图
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