1引言
ds18b20是dallas公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚to-92小体积封装形式;温度测量范围为-55℃~+125℃,可编程为9位~12位a/d转换精度,测温分辨率可达0.0625℃,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出;其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生;多个ds18b20可以并联到3根或2根线上,cpu只需一根端口线就能与诸多ds18b20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使ds18b20非常适用于远距离多点温度检测系统。
2ds18b20的内部结构
ds18b20内部结构如图1所示,主要由4部分组成:64位rom、温度传感器、非挥发的温度报警触发器th和tl、配置寄存器。ds18b20的管脚排列如图2所示,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,见图4)。
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,每个ds18b20的64位序列号均不相同。64位rom的排的循环冗余校验码(crc=x8+x5+x4+1)。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。
图1ds18b20的内部结构
图2ds18b20的管脚排列
(a)初始化时序
(b)写时序
(c)读时序
图3ds18b20的工作时序图
ds18b20中的温度传感器完成对温度的测量,用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供,以0.0625℃/lsb形式表达,其中s为符号位。例如+125℃的数字输出为07d0h,+25.0625℃的数字输出为0191h,-25.0625℃的数字输出为ff6fh,-55℃的数字输出为fc90h。
23 | 22 | 21 | 20 | 2-1 | 2-2 | 2-3 | 2-4 |
| | | | | | | 温度值低字节 msblsb
s | s | s | s | s | 22 | 25 | 24 | | | | | | | | 温度值高字节 高低温报警触发器th和tl、配置寄存器均由一个字节的eeprom组成,使用一个存储器功能命令可对th、tl或配置寄存器写入。其中配置寄存器的格式如下:
0 | r1 | r0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | | | | | | | | msblsb r1、r0决定温度转换的精度位数:r1r0=“00”,9位精度,最大转换时间为93.75ms;r1r0=“01”,10位精度,最大转换时间为187.5ms;r1r0=“10”,11位精度,最大转换时间为375ms;r1r0=“11”,12位精度,最大转换时间为750ms;未编程时默认为12位精度。 高速暂存器是一个9字节的存储器。开始两个字节包含被测温度的数字量信息;第3、4、5字节分别是th、tl、配置寄存器的临时拷贝,每一次上电复位时被刷新;第6、7、8字节未用,表现为全逻辑1;第9字节读出的是前面所有8个字节的crc码,可用来保证通信正确。 3ds18b20的工作时序 ds18b20的一线工作协议流程是:初始化→rom操作指令→存储器操作指令→数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序,如图3(a)(b)(c)所示。 4ds18b20与单片机的典型接口设计 图4以mcs-51系列单片机为例,画出了ds18b20与微处理器的典型连接。图4(a)中ds18b20采用寄生电源方式,其vdd和gnd端均接地,图4(b)中ds18b20采用外接电源方式,其vdd端用3v~5.5v电源供电。 假设单片机系统所用的晶振频率为12mhz,根据ds18b20的初始化时序、写时序和读时序,分别编写了3个子程序:init为初始化子程序,write为写(命令或数据)子程序,read为读数据子程序,所有的数据读写均由最低位开始。 datequp1.0 …… init:clrea ini10:setbdat movr2,#200
(a)寄生电源工作方式 (b)外接电源工作方式 图4ds18b20与微处理器的典型连接图 ini11:clrdat djnzr2,ini11;主机发复位脉冲持续3μs×200=600μs setbdat;主机释放总线,口线改为输入 movr2,#30 in12:djnzr2,ini12;ds18b20等待2μs×30=60μs clrc orlc,dat;ds18b20数据线变低(存在脉冲)吗? jcini10;ds18b20未准备好,重新初始化 movr6,#80 ini13:orlc,dat jcini14;ds18b20数据线变高,初始化成功 djnzr6,ini13;数据线低电平可持续3μs×80=240μs sjmpini10;初始化失败,重来 ini14:movr2,#240 in15:djnzr2,ini15;ds18b20应答最少2μs×240=480μs ret ;------------------------ write:clrea movr3,#8;循环8次,写一个字节 wr11:setbdat movr4,#8 rrca;写入位从a中移到cy clrdat wr12:djnzr4,wr12 ;等待16μs movdat,c;命令字按位依次送给ds18b20 movr4,#20 wr13:djnzr4,wr13 ;保证写过程持续60μs djnzr3,wr11 ;未送完一个字节继续 setbdat ret ;------------------------ read:clrea movr6,#8;循环8次,读一个字节 rd11:clrdat movr4,#4 nop;低电平持续2μs setbdat;口线设为输入 rd12:djnzr4,rd12 ;等待8μs movc,dat ;主机按位依次读入ds18b20的数据 rrca;读取的数据移入a movr5,#30 rd13:djnzr5,rd13 ;保证读过程持续60μs djnzr6,rd11 ;读完一个字节的数据,存入a中 setbdat ret ;------------------------ 主机控制ds18b20完成温度转换必须经过三个步骤:初始化、rom操作指令、存储器操作指令。必须先启动ds18b20开始转换,再读出温度转换值。假设一线仅挂接一个芯片,使用默认的12位转换精度,外接供电电源,可写出完成一次转换并读取温度值子程序getwd。 getwd:lcallinit mova,#0cch lcallwrite;发跳过rom命令 mova,#44h lcallwrite;发启动转换命令 lcallinit mova,#0cch;发跳过rom命令 lcallwrite mova,#0beh;发读存储器命令 lcallwrite lcallread movwdlsb,a ;温度值低位字节送wdlsb lcallread movwdmsb,a ;温度值高位字节送wdmsb ret …… 子程序getwd读取的温度值高位字节送wdmsb单元,低位字节送wdlsb单元,再按照温度值字节的表示格式及其符号位,经过简单的变换即可得到实际温度值。 如果一线上挂接多个ds18b20、采用寄生电源连接方式、需要进行转换精度配置、高低限报警等,则子程序getwd的编写就要复杂一些,限于篇幅,这一部分不再详述,请参阅相关内容。 我们已成功地将ds18b20应用于所开发的“家用采暖洗浴器”控制系统中,其转换速度快,转换精度高,与微处理器的接口简单,给硬件设计工作带来了极大的方便,能有效地降低成本,缩短开发周期。 |
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