數字式溫度計DS18B20的特性及應用

摘要：DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的可完全替代DS1820的全新型單線(xiàn)數字式溫度計。文中介紹了DS18B20的性能結構和與DS1820比較所具有的不同特點(diǎn)，說(shuō)明了DS18B20的使用要求。給出了DS18B20與單片機成成的測溫系統的應用電路和檢測流程。

關(guān)鍵詞：單線(xiàn)器件 數字式溫度儀 DS18B20

1 引言

DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的一線(xiàn)式數字式溫度計芯片，它具有結構簡(jiǎn)單，不需外接元件，采用一根I/O數據線(xiàn)既可供電又可傳輸數據、并可由用戶(hù)設置溫度報警界限等特點(diǎn)，可廣泛用于食品庫、冷庫、糧庫等需要控制溫度的地方。DS18B20是DS1820的改進(jìn)型產(chǎn)品，但該產(chǎn)品具有比DS1820更好的性能，目前，該產(chǎn)品已成為DS1820的替代品而在溫控系統中得到廣泛的應用。

2 DS18B20性能特點(diǎn)

與DALLAS公司生產(chǎn)的DS1820相比，DS18B20具有如下特點(diǎn)：

●在-10℃～+85℃范圍內，DS18B20具有±0.5℃的精度。因而DS18B20在和DS1820的測溫精度相同時(shí)，具有更寬廣的溫度范圍。

●分辨率為9～12位（包括1位符號位），并可由編程決定具體位數；

●DS18B20的轉換時(shí)間與設定的分辨率有關(guān)，當設定為9位時(shí)，最大轉換時(shí)間為93.75ms；10位時(shí)的轉換時(shí)間為187.5ms；11位時(shí)為375ms；12位時(shí)為750ms；

●電源電壓范圍為3.0V～5.5V；

●內含程序設置寄存器，可用來(lái)設置分辨率位數，該寄存器是DS1820所沒(méi)有的。其格式為：

其中，TM為測試模式位，為1表示測試模式，為0表示工作模式，出廠(chǎng)時(shí)該位設為0，且不可改變。R1和R0的設置組合與溫度分辨率有關(guān)，具體關(guān)系見(jiàn)表1。

表1 溫度分辨率的設置

●片內帶有64位激光ROM：從高位算起，該ROM有一個(gè)字節的CRC校驗碼，6個(gè)字節的產(chǎn)品序號和一個(gè)字節的家庭代碼。對于家庭代碼，DS1820是10H，DS18B20是28H。

●內含溫度數據寄存器：該寄存器由兩個(gè)字節組成，實(shí)際上DS18B20中寄存器的字節定義或溫度值與DS1820不一樣，DS1820的分辨率為0.5℃，而DS18B20的12位分辨率為2～4℃。

3 DS18B20的應用

DS18B20采用3腳TO-92封裝或8腳SOIC封裝。圖1是其采用8腳SOIC封裝的引腳排列圖。其中GND接地；VDD為電源端；DQ是數據輸入/輸出端；其余為空腳。

DS18B20的供電方式有兩種：一種為寄生電源，另一種為外加電源。

同DS1820一樣，用戶(hù)也可通過(guò)1線(xiàn)端口對DS18B20進(jìn)行操作，其步驟為：

復位→ROM功能命令→存儲器功能命令→執行/數據→

DSB1820的ROM命令有5個(gè)，存儲器命令有6個(gè)，這些命令字和功能同DS1820完全一樣。命令的執行都是由復位、多個(gè)讀時(shí)隙或/和寫(xiě)時(shí)隙基本時(shí)序單元組成。因此，只要將復位、讀時(shí)隙、寫(xiě)時(shí)隙的時(shí)序了解清楚，使用DS18B20就比較容易了。

3.1 復位

使用DS18B20時(shí)，首先需將其復位，然后才能執行其它命令。復位時(shí)，主機將數據線(xiàn)激發(fā)為低電平并保持480μs～960μs，然后釋放數據線(xiàn)，再由上拉電阻將數據線(xiàn)拉升15～60μs。然后再由DS18B20發(fā)出響應信號，以將數據線(xiàn)激發(fā)成低電平60～240μs，這樣，就完成了復位操作。其復位時(shí)序如圖2所示。

3.2 寫(xiě)時(shí)隙

在主機對DS18B20寫(xiě)數據（主機對DS18B20發(fā)送各種命令）時(shí)，先將數據線(xiàn)激發(fā)為低電平，該低電閏應大于1μs。然后根據寫(xiě)“1”或寫(xiě)“0”來(lái)使數據線(xiàn)變高或繼續為低。DS18B20將在數據線(xiàn)變成低電平后15μs～60μs對數據線(xiàn)進(jìn)行采樣。要求寫(xiě)入DS18B20的數據持續時(shí)間應大于60μs而小于120μs，兩次寫(xiě)數據之間的時(shí)間間隔應大于1μs。寫(xiě)時(shí)隙的時(shí)序如圖3所示。

3.3 讀時(shí)隙

當主機從DS18B20讀數據時(shí)，主機先數據線(xiàn)激發(fā)出低電平，然后釋放，以使數據線(xiàn)再升為高電平。DS18B20在數據線(xiàn)從高電平變?yōu)榈碗娖降?5μs內將數據送到數據線(xiàn)上。主機可在15μs后讀取數據線(xiàn)以獲得數據。其時(shí)序圖如圖4所示。

4 基于DS18B20的溫度檢測系統

以DS18B20為傳感器，AT89C51單片機為控制核心組成的溫度巡回檢測系統的電路框圖如圖5所示。圖中，DS18B20的供電方式為外部電源，其I/O數據線(xiàn)與P1.0相連。在DS18B20接入系統之前，應分別從激光ROM中讀出其序號，然后分別賦予在系統中的編號1～n。該系統需要用鍵盤(pán)來(lái)設置溫度報警的門(mén)限值，并用七段LED顯示器顯示DS18B20的編號和測量的溫度值?？捎?279鍵盤(pán)/顯示控制芯片和譯碼電路74LS154以及驅動(dòng)電路74LS245來(lái)完成該功能。當測量溫度超出報警門(mén)限時(shí)，系統將從P1.2～P1.3輸出光聲報警信號。其主要的溫度巡回檢測流程圖如圖6所示。