DS18B20

DS18B20数字温度传感器数据手册（中文）1.1一般说明DSl8B20数字温度计提供9~12位温度读数，指示器件的温度。信息经过单线接口送入DSl8B20或从DSl8B20送出，因此从中央处理器到DSl8B20仅需连接一条线（和地）。读、写和完成温度变换所需的电源可以由数据线本身提供，而不需要外部电源。因为每一个DSl8B20有唯一的系列号（siliconserialnumber），因此多个DSl8B20可以存在于同一条单线总线上。这允许在许多不同的地方放置温度灵敏器件。此特性的应用范围包括HVAC环境控制，建筑物、设备或机械内的温度检测，以及过程监视和控制中的温度检测。1.2特性·独特的单线接口，只需1个接口引脚即可通信·多点（multidrop）能力使分布式温度检测应用得以简化·不需要外部元件·可用数据线供电,供电电压范围从3.0到5.5V·不需备份电源·测量范围从-55℃至+125℃，等效的华氏温度范围是-67℉至257℉·在-10℃至+85℃的范围内,精度为0.5℃·可编程的温度分辨率为9~12位·在12位分辨率时把温度转换为数字最多750ms·用户可定义的，非易失性的温度告警设置·告警搜索命令识别和寻址温度在编定的极限之外的器件（温度告警情况）·应用范围包括恒温控制，工业系统，消费类产品，温度计或任何热敏系统1.3引脚排列引脚说明GND地DQ数字输入输出VDD可选的VDDNC空引脚DNC不连接1.4详细的引脚说明表1二、详细说明2.1综述图1的方框图表示DSl8B20的主要部件。DSl8B20有三个主要的数据部件：1）64位激光（lasered）ROM；2）温度灵敏元件；3）非易失性温度告警触发器TH和TL；4）配置寄存器。器件从单线的通信线取得其电源，在信号线为高电平的时间周期内，把能量贮存在内部的电容器中，在单信号线为低电平的时间期内断开此电源，直到信号线变为高电平重新接上寄生（电容）电源为止，作为另一种可供选择的方法，DSl8B20也可用外部3V~5.5V电源供电。与DSl8B20的通信经过一个单线接口。在单线接口情况下，在ROM操作未定建立之前不能使用存贮器和控制操作。主机必须首先提供五种ROM操作命令之一：1）ReadROM（读ROM）；2）MatchROM（符合ROM）；3）SearchROM（搜索ROM）；4）SkipROM（跳过ROM）；5）AlarmSearch（告警搜索）。这些命令对每一器件的64位激光ROM部分进行操作。如果在单线上有许多器件，那么可以挑选出一个特定的器件，并给总线上的主机指示存在多少器件及其类型。在成功地执行了ROM操作序列之后，可使用存贮器和控制操作，然后主机可以提供六种存贮器和控制操作命令之一。一个控制操作命令指示DSl8B20完成温度测量。该测量的结果将放入DSl8B20的高速暂存（便笺式）存贮器（Scratchpadmemory），通过发出读暂存存储器内容的存储器操作命令可以读出此结果。每一温度告警触发器TH和孔构成一个字节EEPROM。如果不对DSl8B20施加告警搜索命令，这些寄存器可用作通用用户存储器。使用存储器操作命令可以写TH和TL。对这些寄存器的读访问通过便笺存储器。所有数据均以最低有效位在前的方式被读写。图12.2寄生电源（parasitepower）方框图（图1）示出寄生电源电路。当DQ或VDD引脚为高电平时，这个电路便“取”得电源。只要符合指定的定时和电压要求，DQ将提供足够的功率。寄生电源的优点是双重的：1）利用此引脚，远程温度检测无需本地电源，2）缺少正常电源条件下也可以读ROM。为了使DSl8B20能完成准确的温度变换，当温度变换发生时，DQ线上必须提供足够的功率。因为DSl8B20的工作电流高达1mA，5kΩ的上拉电阻将使DQ线没有足够的驱动能力。如果几个DSl8B20在同一条DQ线上而且企图同时变换，那么这一问题将变得特别尖锐。有两种方法确保DSl8B20在其有效变换期内得到足够的电源电流。第一种方法是发生温度变换时，在DQ线上提供一强的上拉。如图2所示，通过使用一个MOSFET把DQ线直接拉到电源可达到这一点。当使用寄生电源方式时VDD引脚必须连接到地。向DSl8B20供电的另外一种方法是通过使用连接到VDD引脚的外部电源，如图3所示。这种方法的优点是在DQ线上不要求强的上拉。总线上主机不需向上连接便在温度变换期间使线保持高电平。这就允许在变换时间内其它数据在单线上传送。此外，在单线总线上可以放置任何数目的DSl8B20，而且如果它们都使用外部电源，那么通过发出跳过（Skip）ROM命令和接着发出变换（Convert）T命令，可以同时完成温度变换。注意只要外部电源处于工作状态，GND（地）引脚不可悬空。当测量温度超过100℃时,不推荐使用寄生电源的供电方式,因为数据总线不能承受DS18B20测量此温度时所要求的更高的漏极电流。对于这种情况的温度测量强烈推荐使用外部电源对温度传感器DS18B20进行供电。对于总线上主机不知道总线上DSl8B20是寄生电源供电还是外部VDD供电的情况下，在DSl8B20内采取了措施来通知采用的供电方案。总线上主机通过发出跳过（Skip）ROM的操作约定，然后发出读电源命令，可以决定是否有需要强上拉的DSl8B20在总线上。在此命令发出后，主机接着发出读时间片。如果是寄生供电，DSl8B20将在单线总线上送回“0”；如果由VDD脚供电，它将送回“1”。如果主机接收到一个“0”，它知道它必须在温度变换期间在I／0线上供一个强的上拉。图2图32.3温度测量方法DS18B20实质上是一种数字式的温度传感器。可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度为0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃。当主机发出温度转换的命令44h后，单总线器件DS18B20进行温度转换并将温度数据存放在其内部高速暂存存储器中，读数以16位，符号扩展的二进制补码读数形式提供。当主机发送读暂存器的命令BEh时，温度信息可以通过单总线数据线被读出。数据通过单总线后，最低有效位在先，最高有效位包含了用来区别温度正负的符号位。表2清楚的体现了测量数据和输出数据的关系（假定了在12位的分辨率情况下）。如果要获得低分辨率的结果，只要将多于的位置0即可。对于华氏温度要查找常用的温度转换表。表22.4运用—告警信号在DSl8B20完成温度变换之后，温度值与贮存在TH和TL内的触发值相比较。因为这些寄存器仅仅是8位，所以0.5℃位在比较时被忽略。TH或TL的最高有较位直接对应于16位温度寄存器的符号位。如果温度测量的结果高于TH或低于TL，那么器件内告警标志将置位。每次温度测量更新此标志。只要告警标志置位，DSl8B20将对告警搜索命令作出响应。这允许并联连接许多DSl8B20，同时进行温度测量。如果某处温度超过极限，那么可以识别出正在告警的器件并立即将其读出而不必读出非告警的器件。2.564位激光ROM每一DSl8B20包括一个唯一的64位长的ROM编码。开绐的8位是单线产品系列编码（DSl8B20编码是28h）。接着的48位是唯一的系列号。最后的8位是开始56位CRC（见图4）。64位ROM和ROM操作控制部分允许DSl8B20作为一个单线器件工作并遵循“单线总线系统”一节中所详述的单线协议。直到ROM操作协议被满足，DSl8B20控制部分的功能是不可访问的。此协议在ROM操作协议流程图（图5）中叙述。单线总线主机必须首先操作五种ROM操作命令之一：1）ReadROM（读ROM），2）MatchROM（匹配ROM），3）SearchROM（搜索ROM），4）SkipROM（跳过ROM），或5）AlarmSearch（告警搜索）。在成功地执行了ROM操作序列之后，，DSl820特定的功能便可访问，然后总线上主机可提供六个存贮器和控制功能命令之一。图4ROM操作流程图图52.6CRC产生DSl8B20有一存贮在64位ROM的最高有效字节内的8位CRC。总线上的主机可以根据64位ROM的前56位计算机CRC的值并把它与存贮在DSl8B20内的值进行比较以决定ROM的数据是否已被主机正确地接收。CRC的等效多项式函数为：CRC=X8+X5+X4+1DSl8B20也利用与上述相同的多项式函数产生一个8位CRC值并把此值提供给总线的主机以确认数据字节的传送。在使用CRC来确认数据传送的每一种情况中，总线主机必须使用上面给出的多项式函数计算CRC的值并把计算所得的值或者与存贮在DSl8B20的64位ROM部分中的8位CRC值（ROM读数），或者与DSl8B20中计算得到的8位CRC值（在读暂存存贮器中时，它作为第九个字节被读出），进行比较。CRC值的比较和是否继续操作都由总线主机来决定。当存贮在DSl8B20内或由DSl8B20计算得到的CRC值与总线主机产生的值不相符合时，在DSl8B20内没有电路来阻止命令序列的继续执行。总线CRC可以使用如图7所示由一个移位寄存器和“异或”（XOR）门组成的多项式产生器来产生。其它有关Dallas公司单线循环冗余校验的信息可参见标题为“理解和使用Dallas半导体公司接触式存贮器产品”的应用注释。移位寄存器的所有位被初始化为零。然后从产品系列编码的最低有效位开始，每次移入一位。当产品系列编码的8位移入以后，接着移入序列号。在序列号的第48位进入之后，移位寄存器便包含了CRC值。移入CRC的8位应该使移位寄存器返回至全零。图62.7存贮器DSl8B20的存贮器如图所示那样被组织。存贮器由一个高速暂存（便笺式）RAM和一个非易失性，电可擦除（E2）RAM组成，后者存贮高温度和低温度和触发器TH和TL。暂存存贮器有助于在单线通信时确保数据的完整性。数据首先写入暂存存贮器通过4Eh命令，在那里它可以被读回通过BEh命令。当数据被校验之后，复制暂存存贮器的命令48h把数据传送到非易失性（E2）RAM。这一过程确保了更改存贮器时数据的完整性。暂存存贮器是按8位字节存储器来组织的。头两个字节包含测得温度信息。第三和第四个字节是TH和TL的易失性拷贝，在每一次上电复位时被刷新。接着的两个字节没有使用，但是在读回时，它们呈现为逻辑全1。第七和第八个字节是计数寄存器，它们可用于获得较高的温度分辨率。还有第九个字节，它可用ReadScratchpad（读暂存存贮器）命令读出。该字节包含一个循环冗余校验（CRC）字节，它是前面所有8个字节的CRC值。配置寄存器高速暂存器的第5字节就是配置寄存器。它包含了DS18B20进行温度转换时所采用的分辨率的信息。各位的意义见图7。图7低五位不可改动，置“1”，最高位出厂设置位“0”，不可改动。R1和R0位用来设置分辨率，下表3清楚地定义了基于两位设置分辨率地方法。DS18B20出厂时被设置位12位分辨率。表3图8DS18B20存储器映象图2.8单线总线系统单线总线是一种具有一个总线主机和一个或若干个从机（从属器件）的系统。DSl820起从机的作用。这种总线系统的讨论分为三个题目：硬件接法，处理顺序，以及单线信号（信号类型与定时）。2.8.1硬件接法根据定义，单线总线只有一根线：这一点是重要的，即线上的第一个器件能在适当的时间驱动该总线。为了做到这一点，第一个连接到单线总线上的器件必须具有漏极开路或三态输出。DSl8B20的单线接口（DQ引脚是漏极开路的，其内部等效电路如图9所示）。多站（multidrop）总线由单线总线和多个与之相连的从属器件组成。单线总线要求近似等于5kΩ的上拉电阻。单线总线的空闲状态是高电平。不管任何原因，如果执行需要被挂起，那么，若要重新恢复执行，总线必须保持在空闲状态。如果不满足这一点且总线保持在低电平时问大于480us，那么总线上所有器件均被复位。存在脉冲（presencepulse）使总线主机知道DSl8B20在总线上并已准备好工作。图92.8.2处理顺序经过单线接口访问DSl820的协议（protocol）如下：·初始化·ROM操作命令·存贮器操作命令