基于单总线器件DS18B20的智能温度测量

程院莲

广州番禺职业技术学院 广东广州 511483

基于单总线器件DS18B20的智能温度测量

程院莲

广州番禺职业技术学院 广东广州 511483

简要介绍了单总线技术。详细阐述了单总线器件DS18B20的工作原理，并以DS18B20构成一款智能温度测量装置，给出了该装置的具体设计方法，有助于了解单总线技术的应用。

DS18B20；单总线技术；温度测量

传统的温度检测系统大多采用热敏电阻作为传感器，这种温度检测系统必须经过专门的接口电路转换成数字信号后才能由单片机进行处理，存在可靠性差、成本高和精度低等诸多缺点。而采用单总线的温度传感器，可使温度检测系统简单可靠。笔者基于单总线器件DS18B20设计了一款智能温度测量装置。

一、单总线技术

近年来，美国达拉斯(Dallas)半导体公司推出了一项特有的单总线(1-Wire Bus)技术。它采用单根信号线，既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种单总线技术具有线路简单，硬件开销少，成本低廉的特点。单总线适用于单主机系统。当只有一个从机设备时，系统可按单节点系统操作；当有多个从机设备时，系统则按多节点系统操作。图1是单总线多节点系统的示意图。

图1 单总线多节点系统示意图

通常把挂在单总线上的器件称之为单总线器件。目前，单总线器件主要有数字温度传感器(如DS18B20)，A/D转换器(如DS2450)，门标，身份识别器(如DS1990A)和单总线控制器(如DS1WM)等。

二、单总线器件DS18B20的工作原理

1.DS18B20的引脚及内部结构

美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持一线总线接口的温度传感器，DS18B20的管脚排列如图2所示，其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)。无论是内部寄存电源还是外部供电，I/O口线都要接5KΩ左右的上拉电阻。

图2 DS18B20的管脚排列

DS18B20内部结构主要由4部分组成：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。

(1)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。

(2)DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以2字节补码形式存放在DS18B20内部高速暂存器(RAM)的第0和第1个字节。主机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，DS18B20的高速暂存器由9个字节组成，其分配见表1。

表1 高速暂存器分配

表2是DS18B20温度采集转换后得到的数据表(仅列出了部分数据)，在二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度数值大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘以0.0625即可得到实际温度；如果温度数值小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘以0.0625即可得到实际温度。例如，当DS18B20采集到＋125℃的实际温度后，输出为07D0H，则：

实际温度＝07D0H×0.0625＝2000×0.0625＝125℃

表2 DS18B20温度值格式表

当DS18B20采集到－55℃的实际温度后，输出为FC90H，则应先将11位数据位取反加1得370H(符号位不变，也不作为计算)，则：

实际温度＝370H×0.0625＝880×0.0625＝55℃

(3)非易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值。

(4)配置寄存器。该字节各位的意义见表3：

表3 配置寄存器结构

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用来设置分辨率，DS18B20出厂时R1和R0分别设置为11，即置为12位分辨率。

2.DS18B20的工作过程

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(单片机)控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通讯协议，必须经过3个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位操作,复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令与处理数据,这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒,然后释放,当DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右，后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。表4为ROM指令表，识别访问单总线上的器件。表5为RAM控制命令，主机(单片机)向DS18B20发送这些控制命令，完成相应操作。例如，向DS18B20发送0x44命令，则DS18B20开始启动温度转换。

表4 ROM指令表

表5 RAM控制指令表

三、基于DS18B20的智能温度测量装置设计

1.硬件设计

由DS18B20构成的智能温度测量装置由3部分组成：DS18B20温度传感器、单片机AT89S51及显示模块。其电路如图3所示。温度传感器DS18B20可置于离装置150米以内的任何地方，输出脚I/O直接与单片机的P2.7相连，R4为上拉电阻，传感器采用外部电源供电。单片机AT89S51是整个装置的控制核心。显示模块由四位一体的共阳数码管和4个9012组成。

图3 智能温度测量装置电路原理图

2.软件设计

AT89S51单片机对DS18B20的控制严格遵循单总线的复位及读、写时序要求。主程序流程如图4所示。主程序如下所示：

图4 主程序流程图

[1]莫言.单总线(1-WireBus)技术及其应用[J].电子制作，2006，12：6～10

[2]赵海兰，赵祥伟.智能温度传感器DS18B20的原理与应用[J].现代电子技术，2003，8：23～25

Intellect temperature measurement based on the 1-wire device DS18B20

Cheng Yuanlian
Guangzhou Panyu polytechnic, Guangzhou, 511483, China

∶ 1-wireBus technology is introduced briefly. And the operating principle of the 1-wire device DS18B20 is expounded detailed. Based on DS18B20, an intellect temperature measuring set is composed. The paper gives out the concrete design procedures of the set and is beneficial to know about the application of 1-wireBus technology.

∶ DS18B20; 1-wireBus; temperature measurement

2010-07-26

程院莲，硕士，讲师。