高精度数字温度传感器NS18B20.pdf

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NS18B20是一款高精度单总线温度测量芯片。测温范围为-55°C到+125°C根据用户需要通过配置寄存器可以设定数字转换精度和测温速度。芯片内置5byte非易失性存储单元供用户使用,3byte 用于高低温报警及配置精度,另外2byte用于保存用户自定义信息,非易失存储写周期需50ms。在 -10°C到+85°C范围内最大误差为±0.5°C,在全温度范围内最大误差为±1°C。NS18B20具有寄生供电和外部供电两种工作方式,其中寄生供电可以通过数据线供电,不需要外部供电。每一个NS18B20具有唯一的64bit序列号,利用单总线接口允许多个设备挂在同一总线。因此,该特性可以利用一个处理器去控制多个NS18B20传感器。 NS18B20 广泛应用于分布型温度环境监测,温度控制等系统。
电气特性 11.极限参值 参数 标示 最小值 典型值 最大值 单位 备注 电压 任意引脚到地电压值 ℃C 工作温度 储存温度 焊接温度 参考 规范 备注:这性仅为极限参数下,对于器件在此极限条件或高于比极限条件的环境中的功能运行,本规格书并不适用。长 期暴露于比极限坏境会影购器件的靠性。 1.2.直流电气特性 55C到+125°C; 到 参数 标示 条件 最小值典型值最大值单位 备注 供电电 本地供电 压 上拉电 压 温度误 ℃到℃ 差 ℃到℃ 输入逻 辑低 输入逻 VIH 本地电源 辑高 寄生电源 灌电流 lL V1/o=04V 待机电 5.6 流 IDDS 工作电 VDD=3.3V 流 IDD D输 入电流 IDQ 漂移 待定 备注: 1)所有电压以地为参考。 2)上拉供电电压格假设上拉器件为理想器件,因历上拉的高电平等于。为了满足 的规范,实际的 强上拉供电轨必须考底到开启的上拉电阻的生压压降,所以 3)逻辑低柳范条件为灌也浣 4)为了磅保纸电压寄生电源供电的存在脉产, 可能需要减小E 5)逕高规范炙件为源屯流。 6)为了最小化 应该在以下范固内:GND< DO<GND+0.3或0.3FDQ≤WDD 7)工作电流指有效的温度转换操作期间同的供电电流。 8)线是高(高阻态) 9)漂移数据基于小的压力测试,条件为 13.交流电气特性-非易失性存储器 55°C到+125°C 参数 标示 条件 最小值典型值最大值单位 备注 非易失存储 R 50 ms 非易失存储写周期 写周期 写 55°C到 50000 次 写次数 次数 +55°C 数 55°C到 10 数据保留 据休留 EEDR +55°C 14.交流电气特性 55°C到+125 到 参数 标示 条件 最小值典型值最大值单位 备注 温度转化时间toN 位分辨率 ms 位分辨率 位分辨率 40 位分辨率 40 强上拉时间 从写 10 s 指令起 时隙长度 slot 60 120 s 恢复时间 tREC s 写低电平时 60 120 s tOwn 写低电平时 s 间 tOol 读数据有效时 15 s DV 复位高电平时 s 间 tRoTH 复位低电平时 s 12 间 RSTL 存在检测高电 15 平时间 tpDHIGH 存在检测低电 240 s 平时间 tpDLoW 电容 CIN/OUT 5 pF 备注: )参考图的时序图。 )在寄生电源模式下,如果tRsn>960s,可能发生上电复位 整体描述 存储控制罗辑 NS18B20 寄生供电电路 GND 内部VDD 64位ROM和 温度传感器 单总线接口 报警高低觚发 VDD THL寄存置 供电感应 暂存器 用户寄存器 8 bit crc校验 图整体框图 使用单总线协议,总线通讯通过一根控制信号线实现。控制线需要一个弱上拉电阻这样所有的器件都通过三态或 者开漏极端口(就是 的引脚)连接到总线上。在这个总线系统中,单片机(主机)通过每个器件的唯一位编 码识别并寻址总线上的器件。因为每个器件都有唯一的编码,实际上图是 的整体原理框图。位存储了器件 的唯一序列码。暂存器包含了两个字节的温度寄存器,存储来自于温度传感器的数字输出。另外,暂存器提供了个字节一高 低两个报警触发阈值寄存器(和)以及个字节的配置寄存器,配置寄存器允许用户设定温度数字转换的分辨率为 或位。上面提到的个字节和个字节的用户可编程 是非易失性存储,器件掉电时数据不会丢失。 挂在总线上并可以被寻址的设备数量是无限的。单总线协议,包括详细的指令与时隙描述在单总线系统章节有详细描述。 的另一个特点是其可以不需要外部供电运行。这种情况下是当总线为高的时候,通过单总线在引脚上的上拉电阻 给器件供电的。总线高信号对个内部电容()充电,然后在总线低的时候,内部电容就会维持对器件供屯。这种从单总 线获取电源的方法被称为“寄生供电”。另一个选择, 也可以通过外部供电。 2.1.运行-测量温度 的核心功能是直接数字测温传感器。温度传感器的分辨率具有 位,可以根据用户配置,对应的温度 分度分别是 和 上电后的默认的分辩率是位。 在低功耗空闲状态下上电,要启动温 度测量和模数转换,主机必须发出 指令。转换之后,产生的温度数据被存储在暂存器的个字节的温度寄有器 中然后 返回空闪状态。如果 从外部供电,主机可以在 指令后发布“读时隙”指令(参考单总 线系统章节),然后 发回响应,若温度转换还在进行中为,若凵完成温度转换为。如果 由寄生电源供 电,则不适用于这种查询机制,因为总线在整个温度转换期间必须保持为高。寄生电源下对总线的要求,在给 供电章 节中有详细解释。 旳温度输岀数据是摄氏度格式,对于华氏度的应用,必须使用査表或转换子程序。温度数据存储为位符号扩 展温度寄存器中的二进制补码(见图)。符号位()指示温度为正或负:对于正数,对于负数如果 配 置为位分辨率,温度寄存器中的所冇位都将包含有效数据。对于位分辨率,位未定义。对于位分辨率,位和未 定义,对于位分辨率位,和未定乂。表给出了在位分辨率转换条件下,数字输出数据的示例以及相应的温度读 数 ADI DDR bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bito LS字节 0 ADDR bills bit14 bills bill2 biull billo bitg bit MS字节 图温度奇存器格式 表温度数据对应关系 温度 数字输出(二进制 数字输出(进制) +125 0000011111010000 07DOh +85 0000010101010000 0550h +25.0625 0000000110010001 0191h +10.125 0000000010100010 00A2h +0.5 0000000000001000 0008h 0 0000000000000000 o000h -0.5 1111111111111000 FFF8h 10.125 1111111101011110 FFSEh 250625 1111111001101111 FE6Fh -55 1111110010010000 FC90h 22.运行一报警信号 完成一次温度转换后,就将该温度值和用户定义的二进制补码报警触发值比较,该值存储在和寄存器中 (见图)。符号位表示该值是正还是负:正数负数 和寄存器是非易失性的 所以当设备掉电时数 据会保持。和可以通过暂存器的第和第字节访问,详细请参考存信器章节。 由于和是位寄存器,因此在温度比较中只用到到位。如果测量到的温度小于等于或大于等于,则报警 条件成立, 内部会设立一个标志位。该标志位每次温度测量都会被更新,所以如果报警条件不再满足,标志位就会在 下次温度转换之后被关闭。 主机可以通过发布一个 指令来检查所有挂在总线上的 的标志位状况。仟何设立了标志位的 NSI8B20都会响应该指令,这样主机可以知道具体哪一个 进入了报警条件。如果报警条件成立并且TH或者TL设置 被更改,则应该再进行一次温度转换来验证报警条件。 ADDR bit7 bit6 bit5 bi t4 bit3 bit bitl bito 「高温报警(TH)2 2 ADDR bits bit14 bit13 12 bit1lbit1o bit9 bit 匚低温报警(T) S 图和寄存器格式 23.供电方式 可以通过引脚由外部电源供电,也可以工作在“寄生电源”模式,这个模式可以让 在没有本地外围 供电的情况下仍然工作。寄生电溟对于远程测温或者空间受限的应用非常有用。图显示了 的寄生电源控制电路,这 种情况下通过脚在总线高的情况下从单总线“窃取”电源。窃取的电荷在总线高的情况下对 供电,同时一部分电荷 存储在寄生电源电容上用于在总线低的情况下提供电源。当 工作在寄生电源模式下, 引脚必须连接到地。在寄 生电源模式下,只要满足时序和电压要求〔参考直流与交流电气持性),单总线和寄生电源电容就可以为 提供足够 的电流。但是当 执行从暂存器到 复制数据时,运行电流可以高至毫安。这个电流可能引起单总线的弱上 拉电阻的压降超限,而且这个电流超过了寄生电源电容可以提供的范围。为了确保 有足够的供电电流,在任何发生数 据从暂存器复制到 的情况下,有必要对单总线提供一个强上拉。这个强上拉可以如图中所示,用 把总线 直接拉(最多)内切换到强上拉,并且总线在写 的过程中必须被强上拉高。当上拉被启动,单总线上不可以发 生其他活动。 也可以用传统模式通过外部电源供电到引脚,如图所示。这种模式的优点是不需要 上拉,而 且单总线在温度转换过程中可以任意进行其他操作。在温度大于时,乜可工作在寄生模式。 有些情况下总线主机可能不知道 是寄生电源供电还是外部电源供电。而主机需要这个信息以决定写 期 间是否应该使用强上拉。为了得到这一信息,主机可以发布一个 指令后跟随 指令,后 跟一个“读时隙”。在读时隙期间,寄生供电的 会把总线拉低,外部供电的 会让总线保持高。如果总线拉 低,主机就知道它一定要在写 过程中对单总线保持强上拉。 NS18B20 GND DQ VDD 47k 单总线 其它单总线设备 图在 期问通过寄生电源供电 NS18B20 (外部供电) GND DQ VED 4.7k 单总线 甚中兰总线设备 图用外部电源对 供电 2.4.位编码 每一片 都包含一个唯一的位编码(如图)存储在中。最低的位编码包含」 的单 总线系列代码:。接下来的位包含个唯的序列码。最高的位包含了由前面位编码产生的循环冗余校 验码。位 编码和相应的 功能控制逻辑使得 可以作为一个单总线器件来运行。相关的单总线协议在 学总线系绕章节中有详述。 8位循环冗余校验 48位序列号 8位产品系列码 MSB LSB MSB LSB MSB LSB 图位编码 25.存储器 的存储器结构如图所示,包含暂存器 和非易失性的 。其中 用于存储高低报警 阈值(和),配置寄存器和个字节的用户寄存器。需要注意的是,如果 的报警功能没有被使用,则和 寄存器叮以作为用户寄存器来存储数据。所有存储指令都在 功能指令( )章节中有详细解 释 暂存器 由个字节组成。字节和字节分別包含了温度转换结果的低字节和高字节,并且是只读的。字 节和字节用于访问和寄存器。字节包含了配置寄存器数据,在配置寄冇器章节会有详细解释。字节,和 是内部用途,不可被改写。字节也是只读的,是由字节到字节产生的循坏几余校验码 通过循坯几会 校验码生成章节中所述的规则来产生码。 暂存器 仅由个字节组成,不具有循环冗余校验码。字节和字节均被用作存储用户寄存器数据。 数据可以通过 指令写入到 的字节,和,也可以通过 指令写入到 的字节和。数据传输都必须始于每个宇节的最低位。为了验证数据完整性,可以在数据写 操作之后读取暂存器(通过 或 指令)。读取暂存器的时候,单总线的 数据传输始于 或 的字节的最低位。要把 和配置寄存器数据从暂存器传输到 主机必须发出 指令。同样的,如果要把用户数据从暂存器传输到 中,主机必须发出 指令。 中的数据在掉电情况下会保持,上电肘数据又会自动重载到对应的暂存器位置中。 数据也可以随时通过 指令或 指令被重载。主机可以在上述重载指令后发送读时隙, 这样 就会返回状态值。如果重载还在进行中就返回,如果已绎结束就返回。 SCRATCHPAD1 EEPROM SCRATCHPAD2 (POWER即 P STATE (POWER-UP STATE) BYTEO 温度转换结果LSB(50h) 用户寄存器1 用户寄存器1 BYTE O BYTE1温唐转换结果MB05 (85℃C) 用户寄存器2* 用户寄存器2* BYIE 1 BYTE 2 T寄存器或者用户寄存器3 TH寄存器或者用户寄存器3* BYTE 3 T寄存器或者用户寄存器4 T寄存器或者用户寄存器4 BYTE 4 配置寄存器 配置寄存器 RESERVED (FFh) BYTE6RESERVED BYTE 7 RESERVED(10h) BYTE 8 CRCE 上电初始值依赖于 EEPROM存储值 图 存储器映射 26.配置寄存器 暂存器 的字节是配置寄存器,组织形式如图。用户可以通过设定表中的和位米配置 的转换分辨率。上电默认值是 和 (位分辨率)。位到位再加上位是内部保留位,不可被改写 BIT7 BIT6 BIT5 BIT 4 BIT 3 BIT 2 BIT 1 BITO 0 R1 RO 匈配置寄存器 表温度传感器分辨率配置 R1 RO RESOLUTION (BITS) 0 9 10 0 12 2.7.循环冗余校验码生成 循环冗余校验宇节是 的位编码的部分,也出现在 的第个字节。 编码中的循环 冗余校验码是由编码的前位计算得来的,存储在的最高字节。暂存器的循环冗佘校验码是由当前暂存器内存储的 数据计算得来的,因此会随数据的改变而改变。循环冗余校验码为主杋提供了一和数据校验方法。为了验证数据读取是否正 确,主机必须通过接收到的数据重新计算出 码,并将其与 编码中的码进行比较(适用于读取 操 作),或者与暂存器中的码进行比较〔适用于读取暂存器操作)。如果这两个数据吻合,证明数据是被正确无误地接 收的。循环冗余校验的比较以及决定是否继续操作下去,这些都完全取决于主机。如果发生 的循环冗余校验码 (来自或暂存器)与主机计算得到的值不匹配 内部没有仟何电路会阻止指令的进一步执行。 循环冗余校验码(或暂存器)的等效多项式函数是: CRC=o +rtti 总线主机可以重新计算循坏冗余校验码并与 中读取的数值进行比较,该值通过图的多项式生成器产生。该 电路包含一个移位寄存器和若下异或门,移位寄存器所有位的初始值都为。从编码数据的最低位开始或者从暂存器 中字节的最低位开始,每次移动位到移位寄存器中。直到数据的第位或暂存器字节的最高位移完,多项式 生成器中就得到了重新计算后的循环冗余校验码。接着, 剩下的位数据或者暂存器循环冗余校验数据必须 被移入移位寄存器中。此时如果重新计算的循环冗余校验码是正确的,移位寄存器中应该全为。 INPUT XOR MSB 图循环冗余校验生成器

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