DS18B20数据手册

DS18201DS1820单总线数字温度计一概述11一般说明DS1820数字温度计提供9位温度读数,指示器件的温度信息经过单线接口送入DS1820或从DS1820送出因此从中央处理器到DS1820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DS1820有唯一的系列号siliconserialnumber因此多个DS1820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12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不需备份电源DS18202测量范围从-55至+125增量值为0.5等效的华氏温度范围是-67F至257F增量值为0.9F以9位数字值方式读出温度在1秒典型值内把温度变换为数字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1.4详细的引脚说明引脚8脚SOIC引脚PR35符号说明51GND地42DQ单线运用的数据输入/输出引脚漏极开路见寄生电源一节33VDD可选VDD引脚有关连接的细节见寄生电源一节二详细说明21综述图1的方框图表示DS1820的主要部件DS1820有三个主要的数据部件164位激光laseredROM;2温度灵敏元件和3非易失性温度告警触发器TH和TL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DS1820也可用外部5V电源供电引脚说明GND地DQ数字输入输出VDD可选的VDDNC空引脚DNC不连接DS18203图1DS1820方框图与DS1820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操作命令之一1ReadROM(读ROM)2MatchROM(符合ROM),3)SearchROM(搜索ROM),4)SkipROM(跳过ROM),或5AlarmSearch(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DS1820完成温度测量该测量的结果将放入DS1820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TL构成一个字节的EEPROM如果不对DS1820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22寄生电源(parasitepower)方框图(图1)示出寄生电源电路当I/O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I/O将提供足够的功率标题为单总线系统一节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DS1820能完成准确的温度变换当温度变换发生时I/O线上必须提供足够的功率因为DS1820的工作电流高达1mA5K的上拉电阻将使I/O线没有足够的驱动能力如果几个SD1820在同一条I/O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DS1820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DS18204时在I/O线上提供一强的上拉如图2所示通过使用一个MOSFET把I/O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DS1820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I/O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DS1820而且如果它们都使用外部电源那么通过发出跳过SkipROM命令和接着发出变换ConvertT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地引脚不可悬空图2强上拉在温度变换期内向DS1820供电在总线上主机不知道总线上DS1820是寄生电源供电还是外部VDD供电的情况下在DS1820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SkipROM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DS1820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DS1820将在单线总线上送回0如果由VDD引脚供电它将送回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/O线上供一个强的上拉有关此命令约定的详细说明见存贮器命令功能一节23运用测量温度SDS1820通过使用在板on-board温度测量专利技术来测量温度温度测量电路的方框图见图4所示DS18205图3使用VDD提供温度变换所需电流图4温度测量电路DS1820通过门开通期间内低温度系数振荡器经历的时钟周期个数计数来测量温度而门开通期由高温度系数振荡器决定计数器予置对应于-55的基数如果在门开通期结束前计数器达到零那么温度寄存器它也被予置到-55的数值将增量指示温度高于-55同时计数器用钭率累加器电路所决定的值进行予置为了对遵循抛物线规律的振荡器温度特性进行补偿这种电路是必需的时钟再次使计数器计值至它达到零如果门开通时间仍未结束那么此过程再次重复钭率累加器用于补偿振荡器温度特性的非线性以产生高分辩率的温度测量通过改变温度每升高一度计数器必须经历的计数个数来实行补偿因此为了获得所需的分辩率计数器的数值DS18206以及在给定温度处每一摄氏度的计数个数钭率累加器的值二者都必须知道此计算在DS1820内部完成以提供0.5的分辩率温度读数以16位符号扩展的二进制补码读数形式提供表1说明输出数据对测量温度的关系数据在单线接口上串行发送DS1820可以以0.5的增量值在0.5至+125的范围内测量温度对于应用华氏温度的场合必须使用查找表或变换系数注意在DS1820中温度是以1/2LSB最低有效位形式表示时产生以下9位格式MSB最高有效位最低有效位LSB111001110=-25最高有效符号位被复制到存储器内两字节的温度寄存器中较高MSB的所有位这种符号扩展产生了如表1所示的16位温度读数以下的过程可以获得较高的分辩率首先读温度并从读得的值截去0.5位(最低有效位)这个值便是TEMP_READ然后可以读留在计数器内的值此值是门开通期停止之后计数剩余COUNT_REMAIN所需的最后一个数值是在该温度处每一摄氏度的计数个数COUNT_PER_C于是用户可以使用下式计算实际温度表1温度/数据关系温度数字输出/二进制安息字输出十六进制+125000000001111101000FAh+2500000000001100100032h+1/200000000000000010001h+000000000000000000000h-1/21111111111111111FFFFh-251111111111001110FFCEh-551111111110010010FF92h24运用告警信号在DS1820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DS1820将对告警搜索命令作出响应这允许并联连接许多DS1820C_PER_COUNT)REMAIN_COUNTC_PER_COUNT(25.0READ_TEMP(TEMPRATURE−+−=温度DS18207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2564位激光ROM每一DS1820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DS1820编码是10h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564位ROM和ROM操作控制部分允许DS1820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DS1820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6中叙述单线总线主机必须首先操作五种ROM操作命令之一1ReadROM(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DS1820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564位激光ROM8位CRC编号48位序列号8位产品系列编码MSBLSBMSBLSEMSBLSB最高有效位最低有效位DS18208图6ROM操作流程图26CRC产生DS1820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DS1820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+1DS18209DS1820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DS1820的64位ROM部分中的8位CRC值ROM读数或者与DS1820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DS1820内或由DS1820计算得到的CRC值与总线主机产生的值不相符合时在DS1820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7单线CRC编码27存贮器DS1820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E2RAM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在那里它可以被读回当数据被校验之后复制暂存存贮器的命令把数据传送到非易失性E2RAM这一过程确保了更改存贮器时数据的完整性SCRATCHPADBYTEE2RAMTEMPERATURELSB0TEMPERATUREMSB1TH/USERBYTE12TH/USERBYTE1TL/USERBVTE23TL/USERBVTE2RESERVED4RESERVED5COUNTREMAIN6COUNTPER7CRC8DS182010图8DS1820存贮器映象图暂存存贮器是按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见运用测量温度一节还有第九个字节它可用R