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DS18B20 数字温度计提供 9-12 位摄氏温度测量而且有一个由高低电平触发的可编程的不因电源消失而改变的报警功能。DS18B20 通过一个单线接口发送或接受 信息,因此在中央处理器和 DS18B20 之间仅需一条连接线(加上地线) 。它的测温范围为-55~+125℃,并且在-10~+85℃精度为±5℃。除此之外,DS18B20 能直接从单线通讯线上汲取能量,除去了对外部电源的需求。
以通过引脚连接外部电源供电。 方框图图 4.7K 存储器和控岢罗辑 DS18B20 位聊M和单总 线端口 温度传感器 内部ⅥD 暂存器 上限触生发H GND 融发TL 电涯探 高速暂存器 DD 应C3C产生器 测温操作 的核心功能是它的直接读数字的温度传感器。温度传感器的精度为用户 可编程的,,或A位,分别以℃, ℃和 ℃增量 递增。在上电状态下默认的精度为位。 启动后保持低功耗等待状态; 当需要执行温度测量和。转换时,总线控制器必须发出命令。在那之后 产生的温度数据以两个字节的形式被存储到高速暂存器的温度寄存器中, 继续保持等待状态。当 由外部电源供电时,总线控制器在温度 转换指令之后发起“读时序”(见单总线系统节), 正在温度转换中返回 转换结束返回。如果 由寄生电源供电,除非在进入温度转换时总线 被一个强上拉拉高,否则将不会由返回值。寄生电源的总线要求在 供电 节详细解释。 温度寄存器格式图 bit s bit 3 bit 2 bit 1 bit o LS Byte 22212921222 it1s bit 14 bit 13 bit 12 bit 11 bit 10 bit 9 bit 8 MS BY 温度数据关系表 温度℃ 数据输出(二进制)数据输出(十六进制) 上电复位时温度寄存器默认值为+℃ 报警操作信号 完成一次温度转换后,就拿湿度值与和存储在和中一个字节的用 户自定义的报警预置值进行比较。标志位()指出温度值的正负:正数负 数和寄存器是非易失性的,所以它们在掉电时仍然保存数据。在存 储器节将解释和是怎么存入高速暂存器的第和第个字节的。 和寄存器格式图 uIl G 6 0 当和为位寄存器时,位温度寄存器中的个位用来和 进行比 较。如果测得的温度高于或低于,报警条件成立, 内部就会置位 个报警标识。每进行一次测温就对这个标识进行一次更新;因此,如果报警条 件不成立了,在下一次温度转换后报警标识将被移去。 总线控制器通过发出报警搜索命令检测总线上所有的 报警标识。 任何置位报警标识的 将响应这条命令,所以总线控制器能精确定位每 个满足报警条件的 如果报警条件成立,而或的设置已经改变, 另一个温度转换将重新确认报警条件。 供电 可以通过从引脚接入一个外部电源供电,或者可以工作于寄生电源 模式,该模式允许 工作于无外部电源需求状态。寄生电源在进行远距离 测温时是非常有用的。寄生电源的控制回路见图,当总线为高电平时,寄生电 源由单总线通过引脚。这个电路会在总线处于高电平时偷能量,部分汲取的 能量存储在寄生电源储能电容()内,在总线处于低电平时释放能量以提供 给器件能量。当 处于寄生电源模式时,引脚必须接地 寄生电源模式下,单总线和在大部分操作中能提供充分的满足规定时序和电 压的电流(见直流电特性和交流电特性节)给 。然而,当 正在 执行温度转换或从高速奢存器向 传送数据时,工作电流可能高达 这个电流可能会引起连接单总线的弱上拉电阻的不可接受的压降,这需要更大的 电流,而此吋无法提供。为了保证 由充足的供电,当进行温度转换 或拷贝数据到 操作时,必须给单总线提供一个强上拉。用漏极开路把 直接拉到电源上就可以实现,见图。在发出温度转换指令或拷贝暂存器 指令之后,必须在至多之内把单总线转换到强上拉,并且在温度转换 时序 或拷贝数据时厅 必须一直保持为强上拉状态。当强上拉 状态保持时,不允许有其它的动作。 对 供电的另一种传统办法是从引脚接入一个外部电源,见图。这 样做的好处是单总线上不需要强上拉。而且总线不用在温度转换期间总保持高电 温度高于℃时,不推荐使用寄生电源,因为 在这种温度下表现出的 漏电流比较大,通讯可能无法进行。在类似这种温度的情况下,强烈推荐使用 的 脚 对于总线控制器不直到总线上的 是用寄生电源还是用外部电源的情况, 预备了一种信号指示电源的使川意图。总线控制器发出一个 指令,然后发出读电源指令,这条指令发出后,控制器发出读时序, 寄生电源会将总线拉低,^而外部电源会将总线保持为高。如果总线被拉低,总线 控制器就会知道需要在温度转换期间对单总线提供强上拉。 温度转换期间的强上拉供电图 DS18B20 ND DQ V 微控制器 47K 单总线 到另外的单总 外部电源给 供电图 DSSB20VD(外部源) IGND DQ VDp 微控制器 4.7K 连接到另外的单总线器 单总线 位(激)光刻只读存储器 每只 都有一个唯一存储在中的位编码。最前面位是单线系列 编码: 接着的位是一个唯的序列号。最后>位是以上位的编 码。的详细解释见发生器节。位2和操作控制区允许 作为单总线器件并按照详述于单总线系统节的单总线协议工作。 位(激)光刻只读存储器图 位序列号 位系列码 存储器 的存储器结构水于图。存储器有一个暂存和一个存储高低报警触 发值和的非易失性电可擦除 组成。注意当报警功能不使用时, 和寄存器可以被当作普通寄存器使用。所冇的存储器指令被详述于 功能指令节。 位和位为测得温度信息的和这两个字节是只读的。第和第字 节是和的考贝。位包含配置寄存器数据,其被详述于配置寄存器节。位 和被器件保留,禁止写入:这些数据在读回时全部表现为逻辑 高速暂存器的位是只读的,包含以上八个字节的码,的执行方式如 发生器节所述 数据通过写暂存器指令写入高速暂存器的,和位;数据必须以位为 最低有效位开始传送。为了完整的验证数据,高速暂冇器能够在数据写入后被读 取(使用读暂存器指令)。在读暂存器时,数据以位为最低有效位从单总 线移出。总线控制器传递从暂存器到 和配置数据必须发出拷贝暂存 器指令 寄存器中的数据在器件掉电时仍然保存;:电时,数据被载入暂存器。 数据也可以通过召回 命令从暂存器载入 总线控制器在发出这条 命令后发出读时序, 返回表示止在召回中,返回表示操作结束。 存储器图图 高速昔存器(上电状态 byte o 温度ISB(5oh) 85C) byte 1 温度MSB(05h) EEPROM byte 2 TH用尸字节1* T:用尸字节1 byte 3 TL用户字节2 用 2 byte 4 配置寄存器水 置哿存器 bye5保留位(Frh) byte6保留位ch byte 7 保留位 (1h byte8CRC 上电状态依赖于 屮的值 配置寄存器 存储器的第位为配置寄存器,其组织见图。用户可以通过按表所示设置 和位来设定 的精度。上电默认设置: (位精度)。注意: 精度和转换时间之间有直接的关系。暂存器的位和位被器件保留,禁止写 入;在读回数据时,它们全部表现为逻辑 配置寄存器图 bit 7 1 与 nit 4 bit 3 bit 2 bit 1 0 R RO 温度计精确度配置表 RI RO 精度 最大转换时间 9-bit 93.75ms (tcoNv/8 0 10-bit 187.5 ms (tcoNv/4) 0 11-bit 375ms (tCONv/2) 12-bit 750ms (tcoNv 发生器 字节作为 位的一部分存储在存储器中。码由的前 位计算得到,被包含在的重要字节当中。由存储在存储器中的数据计算 得到,因此当存储器中的数据发生改变时,的值也随之改变 能够在总线控制器读取 」进行数据校验。为校验数据是否被正确读 取,总线控制器必须用接受到的数据计算出一个值,和存储在 位中的值(读时)或 内部计算出的位值(读存储器 时)进行比较。如果计算得到的值和读取出米的值相吻合,数据被无错 传输。值的比较以及是否进行下一步操作完全由总线控制器决定。当在 中存储的或由其计算到值和总线控制器计算的值不相符时, 内部并没有一个能阻止命令序列进行的电路 的计算等式如下: 单总线可以由一个由移位寄存器和门构成的多项式发生器来产生,见图 这个回跤包括一个移位寄存器和几个订,移位寄存器的各位都被初始化 为。从中的最低有效位或暂存器中的位开始,一次一位移入寄存器。在 传输了位中的数据或移入了暂存器的位后,移位寄存器中就存储了 值。下一步,的值必须被循环移入。此时,如果计算得到的是正确的, 移位寄存器将复。 发生器图 输 XOR SB 单总线系统 单总线系统包括一个总线控制器和一个或多个从机。 总是充当从机。当 只有一只从机挂在总线上时,系统被称为“单点”系统;如果由多只从机挂在总 线上,系统被称为“多点” 所有的数据和指令的传递都是从最低有效位开始通过单总线 关于单总线系统分三个题目讨论:使件结构、执行序列和单总线信号(信号类型 和时序) 硬件结构 单总线系统只有一条定义的信号线。每一个总线上的器件必须是漏极开路或三态 输出。这样的系统允许每一个挂在总线上:的区间都能在适当的时间驱动它。 的单总线端口(引脚)是漏极开路式的,内部等效电路见图 单总线需要一个约9的外部上拉电阻;单总线的空闲状态是高电平。无论任 何理由需要暂停某一执行过程时,如果还想恢复执行的画,总线必须停留在空闲 状态。在恢复期间,如果单总线处于非活动(高电平)状态,位与位间的恢复时 间可以无限长。如果总线停留在低电平超过,总线上的所有器件都将被复 硬件结构图 LS18B2C单总线端口 4.7K DQ 单总线系統 Pin Typ 100 MOSFET Rx=接受 发 执行序列 通过单线总线端口访问 的协议如下 步骤初始化 步骤 操作指令 步骤 功能指令 每一次 的操作都必须满足以上步骤,若是缺少步骤或是顺序混乱,器件 将不会返回值。例如这样的顺序:发起搜索指令和报警搜索指令 之后,总线控制器必须返回步骤。 初始化 通过单总线的所有执行操作处理都从一个初始化序列开始。初始化序列包括一个 由总线控制器发出的复位脉冲和其后由从机发出的存在脉冲。存在脉冲让总线控 制器知道 在总线上且已准备好操作,详见单总线信号节。 指令 旦总线控制器探测到一个存在脉冲,它就发出一条指令。如果总线上挂有 多只 这些指令将基于器件独有的位片序列码使得总线控制器 选出特定要进行操作的器件。这些指令同样也可以使总线控制器识别有多少只 什么型号的器件挂在总线,同样,它们也可以识别哪些器件已经符合报警条件。 指令有条,都是位长度。总线控制器在发起一条 功能指令之前 必须先发出一条指令。指令操作流程图见图 搜索指令 当系统上电初始化的时候,总线控制器必须通过识别总线上所有片序列码去 得到从机的数目和型号。总线控制器通过搜索指令多次循环搜索编码, 以确认所冇从机器件。如果总线上只有一只从机,那么可以用较为简单的读取 指令(见下文)代替搜索指令,关于 见 在每次搜索指令之后,总线控制器必 须返回步骤。 (读取指令) 只有在总线上存在单只 的时候才能使用这条命令。该命令允许总线控制 器在不使用搜索指令的情况下读取从机的位片序列码。如果总线上有不 止一只从机,当所有从机试图同时传送信号时就会发生数据冲突。 (匹配指令) 匹配指令,后跟位<编码序列,让总线控制器在多点总线上定位一只 特定的 。只有和(位》片序列码完全匹配的 才能响应随后 的存储器操作指令;所有和位片序列码不匹配的从机都将等待复位脉冲。 忽略指令 这条指令允许总线控制器不用提供位编码就使用功能指令。例如,总线 控制器可以先发出一条忽略指令,然后发出温度转换指令,从而完成 温度转换操作。注意:当只有一只从机在总线上吋,无论如何,忽略指令之 后只能跟着发出一条读取暂存器指令 在单点总线情况下使川该命令,器 件无需发回位编码,从而节省了时间。如果总线上有不止一只从机,若 发出忽略指令,由于多只从札同时传送信号,总线上就会发牛数据冲突。 (报警搜索指令) 这条命令的流程和搜索指令相同,然而,只有满足报警条件的从机才对该命 令作出响应。只有在最近一次测温后遇到符合报警条件的情况, 才会响 应这条命令。在每次报警搜索指令周期之后,总线掉制器必须返回步骤。关于 报警操作流程见报瞀信号操作节。

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