單線(xiàn)數字溫度傳感器的原理與應用

摘　要：介紹單線(xiàn)數字溫度傳感器DS1820的特性及工作原理，給出了DS1820與89C51單片機接口的應用實(shí)例，以及由DS1820組成溫度檢測系統的方法，并給出了對DS1820進(jìn)行各種操作的軟件流程圖。

關(guān)鍵詞： 單線(xiàn)制（1-Wire) 時(shí)隙 A/D變換

美國DALLAS公司生產(chǎn)的單線(xiàn)數字溫度傳感器DS182,可把溫度信號直接轉換成串行數字信號供微機處理。由于每片DS1820含有唯一的硅串行數所以在一條總線(xiàn)上可掛接任意多個(gè)DS1820芯片。從DS1820讀出的信息或寫(xiě)入DS1820的信息，僅需要一根口線(xiàn)（單線(xiàn)接口）。讀寫(xiě)及溫度變換功率來(lái)源于數據總線(xiàn)，總線(xiàn)本身也可以向所掛接的DS1820供電，而無(wú)需額外電源。DS1820提供九位溫度讀數，構成多點(diǎn)溫度檢測系統而無(wú)需任何外圍硬件。

本文給出了DS1820與89C51單片機接口的應用實(shí)例和DS1820組成溫度檢測系統的方法，并給出了對DS1820進(jìn)行各種操作的軟件流程圖。

１ DS1820的特性

·單線(xiàn)接口：僅需一根口線(xiàn)與MCU連接

·無(wú)需外圍元件

·由總線(xiàn)提供電源

·測溫范圍為-55℃～75℃，精度為0.5℃

·九位溫度讀數

·A/D變換時(shí)間為200ms

·用戶(hù)自設定溫度報警上下限，其值是非易失性的

·報警搜索命令可識別哪片DS1820超溫度限

２ DS1820引腳及功能

DS1820的引腳見(jiàn)圖１（PR35封裝）。

GND：地；

DQ：數據輸入／輸出腳（單線(xiàn)接口，可作寄生供電）；

VDD：電源電壓。

３ DS1820的工作原理

DS1820的內部結構如圖２所示。由圖２可知，DS1820由三個(gè)主要數字器件組成：

① 64bit閃速ROM；②溫度傳感器；③非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL。64bit閃速ROM的結構如下：

對DS1820的使用，多采用單片機實(shí)現數據采集。處理時(shí)，將DS1820信號線(xiàn)與單片機一位口線(xiàn)相連，單片機可掛接多片DS1820，從而實(shí)現多點(diǎn)溫度檢測系統。

系統對DS1820的操作以ROM命令和存儲器命令形式出現。

3.1 ROM命令代碼及其含義

·READROM命令代碼［33H］：如果只有一片DS1820，可用此命令讀出其序列號，若在線(xiàn)DS1820多于一個(gè)，將發(fā)生沖突。

·MATCHROM命令代碼［55H］：多個(gè)DS1820在線(xiàn)時(shí)，可用此命令匹配一個(gè)給定序列號的DS1820，此后的命令就針對該DS1820。

·SKIPROM命令代碼［CCH］：此命令執行后的存儲器操作將針對在線(xiàn)的所有DS1820。

·SEARCHRDH命令代碼［F0H］：用以讀出在線(xiàn)的DS1820的序列號。

·ALARMSEARCH命令代碼［ECH］：當溫度值高于TH或低于TL中的數值時(shí)，此命令可以讀出報警的DS1820。

3.2 存儲器操作命令代碼及其含義

· WRITESCRATCHPAD命令代碼［4EH］：寫(xiě)兩個(gè)字節的數據到溫度寄存器。

· READSCRATCHPAD命令代碼[BEH]：讀取溫度寄存器的溫度值。

·COPYSCRATCHPAD命令代碼［48H］：將溫度寄存器的數值拷貝到EERAM中，保證溫度值不丟失。

·CONVERT命令代碼［44H］：?jiǎn)?dòng)在線(xiàn)DS1280做溫度A/D轉換。

·RECALL EE命令代碼［B8H］：將EERAM中的數值拷貝到溫度寄存器中。

·READPOWERSUPPLY命令代碼［B4H］：在本命令送到DS1280之后的每一個(gè)讀數據間隙，指出電源模式：“0”為寄生電源；“1”為外部電源。

DS1820單線(xiàn)通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴格的時(shí)隙概念。因此系統對DS1820的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS1820（發(fā)復位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數據。各種操作的時(shí)序圖如圖３和圖４所示。

４ 溫度檢測系統原理及程序流程圖

溫度檢測系統原理圖如圖５所示，采用寄生電源供電方式。為保證在有效的DS1820時(shí)鐘周期內，提供足夠的電流，我們用一個(gè)MOSFET管和89C51的一個(gè)I/O口（P1.0）來(lái)完成對DS1820總線(xiàn)的上拉。當DS1820處于寫(xiě)存儲器操作和溫度A/D變換操作時(shí)，總線(xiàn)上必須有強的上拉，上拉開(kāi)啟時(shí)間最大為10μs。采用寄生電源供電方式時(shí)VDD必須接地。由于單線(xiàn)制只有一根線(xiàn)，因此發(fā)送接收口必須是三態(tài)的，為了操作方便我們用89C51的P1.1口作發(fā)送口Tx,P1.2口作接收口Rx。通過(guò)試驗我們發(fā)現此種方法可掛接DS1820數十片，距離可達到５０米，而用一個(gè)口時(shí)僅能掛接10片DS1820，距離僅為20米。同時(shí)由于讀寫(xiě)在操作上是分開(kāi)的故不存在信號競爭問(wèn)題。

無(wú)論是單點(diǎn)還是多點(diǎn)溫度檢測，在系統安裝及工作之前，應將主機逐個(gè)與DS1820掛接，讀出其序列號。其工作過(guò)程為：主機Tx發(fā)一個(gè)脈沖，待“０”電平大于480μs后，復位DS1820，待DS1820所發(fā)響應脈沖由主機Rx接收后，主機Tx再發(fā)讀ROM命令代碼33H（低位在前），然后發(fā)一個(gè)脈沖（15μs）并接著(zhù)讀取DS1820序列號的一位。用同樣方法讀取序列號的56位。對于圖５系統的DS1820操作的總體流程圖如圖６所示。它分三步完成：①系統通過(guò)反復操作，搜索DS1820序列號；②啟動(dòng)所有在線(xiàn)DS1820做溫度A/D變換；③逐個(gè)讀出在線(xiàn)DS1820變換后的溫度數據。主機啟動(dòng)溫度變換并讀取溫度值的詳細流程圖如圖７所示；主機寫(xiě)入存儲器數據詳細流程圖如８所示。當有更多的檢測點(diǎn)需要測溫時(shí)，可利用89C51的其它口進(jìn)行擴展。同時(shí)，也可利用89C51的串行通信口（RXD，TXD）與上位計算機進(jìn)行通信，從而構成微機溫度測量系統網(wǎng)。