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DS18B20数据手册-中文版（带目录）.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.51M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    概述
    特性
    DS18B20 分辨率可编程
    1-Wire数字温度传感器
    管脚定义图
    订购信息
    管脚描述
    综述
    说明-温度测量
    说明-温度报警
    DS18B20的供电
    64位光刻ROM编码
    存储器
    配置寄存器
    循环冗余校验（CRC）计算
    1-Wire总线系统
    硬件配置
    事件序列
    初始化
    ROM命令
    搜索ROM[F0h]
    读取ROM[33h]
    匹配ROM[55h]
    跳过ROM[CCh]
    警报搜索[ECh]
    DS18B20功能命令
    温度转换[44h]
    写入暂存寄存器[4Eh]
    读取暂存寄存器[BEh]
    拷贝暂存寄存器[48h]
    召回EEPROM[B8h]
    读取供电模式[B4h]
    1-Wire总线信号
    初始化程序—复位和存在脉冲
    读/写时段
    写时段
    读时段
    DS18B20 分辨率可编程 1-Wire 数字温度传感器 · 温度转换时间在转换精度为 12-Bits 时达到 最大值 750ms。 · 用户自定义非易失性的的温度报警设置。 · 定义了温度报警搜索命令和当温度超过用户 自定义的设定值时。 · 可选择的 8-Pin SO (150 mils), 8-PinμSOP， 及 3-Pin TO-92 封装。 · 与 DS1822 程序兼容。 · 应用于温度控制系统，工业系统，民用产品， 温度传感器，或者任何温度检测系统中。 管脚定义图 概述 DS18B20 数 字 温 度 传 感 器 提 供 9-Bit 到 12-Bit 的摄氏温度测量精度和一个用户可编程 的非易失性且具有过温和低温触发报警的报警 功能。DS18B20 采用的 1-Wire 通信即仅采用一 个数据线（以及地）与微控制器进行通信。该 传感器的温度检测范围为-55℃至+125℃，并且 在温度范围超过-10 ℃至 85℃之外时还具有 +-0.5℃的精度。此外，DS18B20 可以直接由数 据线供电而不需要外部电源供电。 每片 DS18B20 都有一个独一无二的 64 位 序列号，所以一个 1-Wire 总线上可连接多个 DS18B20 设备。因此，在一个分布式的大环境 里用一个微控制器控制多个 DS18B20 是非常 简单的。这些特征使得其在 HVAC 环境控制， 在建筑、设备及机械的温度监控系统，以及温 度过程控制系统中有着很大的优势。 特性 · 独特的 1-Wire 总线接口仅需要一个管脚来 通信。 · 每个设备的内部 ROM 上都烧写了一个独一 无二的 64 位序列号。 · 多路采集能力使得分布式温度采集应用更加 简单。 · 无需外围元件。 · 能够采用数据线供电；供电范围为 3.0V 至 5.5V。 · 温度可测量范围为：-55℃至+125℃（-67℉ 至+257℉）。 · 温 度 范 围 超 过-10 ℃ 至 85 ℃ 之 外 时 具 有 +-0.5℃的精度。 · 内部温度采集精度可以由用户自定义为 9-Bits 至 12-Bits。
    DS18B20 顶部标号 18B20 18B20 18B20 18B20 18B20 18B20 18B20 18B20 18B20 18B20 DS18B20 DS18B20 DS18B20 DS18B20 订购信息 零件 DS18B20 DS18B20+ DS18B20/T&R DS18B20+T&R DS18B20-SL/T&R DS18B20-SL+T&R DS18B20U DS18B20U+ DS18B20U/T&R DS18B20+T&R DS18B20Z DS18B20Z+ DS18B20Z/T&R DS18B20Z+T&R 温度范围 -55℃至+125℃ -55℃至+125℃ -55℃至+125℃ -55℃至+125℃ -55℃至+125℃ -55℃至+125℃ -55℃至+125℃ -55℃至+125℃ -55℃至+125℃ -55℃至+125℃ -55℃至+125℃ -55℃至+125℃ -55℃至+125℃ -55℃至+125℃ 引脚数-封装 3 TO-92 3 TO-92 3 TO-92（2000 片） 3 TO-92（2000 片） 3 TO-92（2000 片）* 3 TO-92（2000 片）* 8 uSOP 8 uSOP 8 uSOP（3000 片） 8 uSOP（3000 片） 8 SO 8 SO 8 SO（2500 片） 8 SO（2500 片） “+”号表示的是无铅封装。”+”会出现在无铅封装的顶部标号处。 T&R=卷带包装。 *TO-92 封装 管脚描述 管脚 SO uSOP TO-92 管脚名 功能描述 1、2、6、 2、3、5、 7、8 6、7 — N.C 置空 8 1 4 3 2 1 VDD DQ VDD 引脚。VDD 必须连接到地当采用“寄生电源”供 电时。 数据输入/输出。1-Wire 漏极开路接口引脚。当采用“寄 生电源”供电方式时，同时向设备提供电源。（详见 “DS18B20 的供电”章节） GND 地 3 4 5 综述 图 1 为 DS18B20 的内部框图。内部的 64 位的 ROM 存储其独一无二的序列号。暂存存储器 （The scratchpad memory）包含了存储有数字温度结果的 2 个字节宽度的温度寄存器。另外，暂 存存储器还提供了一个字节的过温和低温（TH 和 TL）温度报警寄存器和一个字节的配置寄存器。 配置寄存器允许用户自定义温度转换为 9、10、11、12 位精度。过温和低温（TH 和 TL）温度报 警寄存器是非易失性的（EEPROM），所以其可以在设备断电的情况下保存。
    DS18B20 DS18B20 采用的 Maxim 公司专有的 1-Wire 总线协议，该总线协议仅需要一个控制信号进行 通信。该控制信号线需要一个唤醒的上拉电阻以防止连接在该总线上的口是 3 态或者高阻态（DQ 信号线是在 DS18B20 上）。在该总线系统中，微控制器（主设备）通过每个设备的 64 为序列号来 识别该总线上的设备。因为每个设备都有一个独一无二的序列号，挂在一个总线上的设备理论上 是可以无限个的。在下面的“1-Wire 总线系统”章节中包含有 1-Wire 总线协议详细的命令和时序 关系。 DS18B20 的另外一个特性就是可以无需外部电源供电。当数据线 DQ 为高的时候由其为设备 供电。总线拉高的时候为内部电容（Spp）充电，当总线拉低是由该电容向设备供电。这种由 1-Wire 总线为设备供电的方式称为“寄生电源”。此外，DS18B20 也可以由外部电源通过 VDD 供电。 说明-温度测量 图 1 DS18B20 内部方框图 DS18B20 的核心功能是直接温度-数字测量。其温度转换可由用户自定义为 9、10、11、12 位 精度分别为 0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃分辨率。值得注意的是，上电默认为 12 位转换精 度。DS18B20 上电后工作在低功耗闲置状态下。主设备必须向 DS18B20 发送温度转换命令[44h] 才能开始温度转换。温度转换后，温度转换的值将会保存在暂存存储器的温度寄存器中，并且 DS18B20 将会恢复到闲置状态。如果 DS18B20 是由外部供电，当发送完温度转换命令[44h]后， 主设备可以执行“读数据时序”（请参阅“1-Wire 总线系统”章节），若此时温度转换正在进行 DS18B20 将会响应“0”，若温度转换完成则会响应“1”。如果 DS18B20 是由“寄生电源”供电， 该响应的技术将不能使用，因为在整个温度转换期间，总线必须强制拉高。该总线的“寄生电源” 供电方式将会在“DS18B20 的供电”章节中详细讲解。 DS18B20 的温度输出数据时在摄氏度下校准的；若是在华氏度下应用的话，可以用查表法或 者常规的数据换算。温度数据以一个 16 位标志扩展二进制补码数的形式存储在温度寄存器中（详 见图 2）。符号标志位（S）温度的正负极性：正数则 S=0，负数则 S=1。如果 DS18B20 被定义为 12 位的转换精度，温度寄存器中的所有位都将包含有效数据。若为 11 位转换精度，则 bit 0 为未
    定义的。若为 10 位转换精度，则 bit 1 和 bit 0 为未定义的。 若为 9 位转换精度，则 bit 2、bit 1 和 bit 0 为未定义的。表格 1 为在 12 位转换精度下温度输出数据与相对应温度之间的关系表。 图 2 温度寄存器格式 DS18B20 表格 1 温度/数据对应关系 *上电复位时温度寄存器中的值为+85℃。 说明-温度报警 当 DS18B20 完成一次温度转换后，该温度转换值将会与用户定义的温度报警 TH 和 TL 寄存 器（详见图 3）中的值进行比较。符号标志位（S）温度的正负极性：正数则 S=0，负数则 S=1。 过温和低温（TH 和 TL）温度报警寄存器是非易失性的（EEPROM），所以其可以在设备断电的情 况下保存。过温和低温（TH 和 TL）温度报警寄存器在“寄存器”章节中可以解释为暂存寄存器 的第 2、3 个字节。 图 3 过温和低温（TH 和 TL）温度报警寄存器
    DS18B20 因为过温和低温（TH 和 TL）温度报警寄存器是一个 8 位的寄存器，所以在于其比较时温度 寄存器的 4 位至 11 位才是有效的数据。如果温度转换数据小于或等于 TL 及大于或等于 TH， DS18B20 内部的报警标志位将会被置位。该标志位在每次温度转换之后都会更新，因此，如报警 控制消失，该标志位在温度转换之后将会关闭。 主设备可以通过报警查询命令[Che]查询该总线上的 DS18B20 设备的报警标志位。任何一个 报警标志位已经置位的 DS18B20 设备都会响应该命令，因此，主设备可以确定到底哪个 DS18B20 设备存在温度报警。如果温度报警存在，并且过温和低温（TH 和 TL）温度报警寄存器已经被改 变，则下一个温度转换值必须验证其温度报警标志位。 DS18B20 的供电 DS18B20 可以通过 DVD 引脚由外部供电，或者可以由“寄生电源”供电，这使得 DS18B20 可以不采用当地的外部电源供电而实现其功能。“寄生电源”供电方式在远程温度检测或空间比较 有限制的地方有很大的应用。图 1 展示的就是 DS18B20 的“寄生电源”控制电路，其由 DQ 口拉 高时向其供电。总线拉高的时候为内部电容（C pp）充电，当总线拉低是由该电容向设备供电。 当 DS18B20 为“寄生电源”供电模式时，该 VDD 引脚必须连接到地。 在“寄生电源”供电模式下，只要工作在指定的时序下，则该 1-Wire 总线和 Cpp 可以提供给 DS18B20 足够的电流来完成各种工作以及满足供电电压（详见“交/直流电气特性”）。然而，当 DS18B20 正在进行温度转换或正将暂存寄存器中的值拷贝至 EEPROM 时，其工作电流将会高至 1.5mA。通过 1-Wire 总线上的上拉电阻提供的电流将会引起不可接受的电压跌落，同时将会有很 大部分电流由 Cpp 提供。为了保证 DS18B20 有足够的电流供应，有必要在 1-Wire 总线上提供一 个强有力的上拉，不管此时在进行温度转换还是正将暂存寄存器中的值拷贝至 EEPROM 中。图 4 中所示的由一个 MOSFET 直接将总线拉至高电平能够很好的实现。值得注意的是，1-Wire 总线必 须在温度转换命令[44h]或暂存寄存器拷贝命令[48h]下达 10uS 后提供一个强有力的上拉，同时在 整个温度转换期间（Tconv）或数据传送（Twr=10ms）期间总线必须一直强制拉高。当强制拉高 时该 1-Wire 总线上不允许有任何其他动作。 当然，DS18B20 也可以采用常规的通过外部电源连接至 VDD 引脚的供电方式，如图 5 所示。 这种供电方式具有不需要上拉的 MOSFET、该 1-Wire 总线在温度转换期间可执行其他动作的优点。 “寄生电源”供电方式在温度超过+100℃时不推荐使用，因为在超过该温度下时将会有很大 的漏电流导致不能进行正常的通信。实际应用中，在类似的温度状态下强烈推荐该 DS18B20 由外 部供电电源供电。 在某些情况下，总线上的主设备可能不知道连接到该总线上的 DS18B20 是由“寄生电源”供 电还是由外部电源供电。此时该主设备就需要得到一些信息来决定在温度转换期间是否要强制拉 高。为了得到这些信息，主设备可以在发送一个跳过 ROM 命令[CCh]之后再发送一个读取供电方 式命令[B4h]再紧跟一个“读取数据时序”。在读取数据时序中，“寄生电源”供电方式的 DS18B20 将会将总线拉低，但是，由外部供电方式的 DS18B20 将会让该总线继续保持高。所以，如果总线 被拉低，主设备就必须要在温度转换期间将总线强制拉高。 图 4“寄生电源”供电方式
    DS18B20 图 5 外部电源供电方式 64 位光刻 ROM 编码 每片 DS18B20 的片内 ROM 中都存有一个独一无二的 64 位的编码。在该内 ROM 编码的低 8 位保存有 DS18B20 的分类编码：28h。中间的 48 位保存有独一无二的序列号。最高 8 位保存片内 ROM 中前 56 位的循环冗余校验（CRC）值。更加详细的在“1-Wire 总线系统”章节 该 64 位 ROM 编码及相关的 ROM 功能控制逻辑允许 DS18B20 作为 1-Wire 总线协议上的设备。 64 位光刻 ROM 编码 存储器 DS18B20 的存储器组织结构如图 7 所示。该存储器包含了 SRAM 暂存寄存器和存储着过温和 低温（TH 和 TL）温度报警寄存器及配置寄存器的非易失性 EEPROM。值得注意的是当 DS18B20 的温度报警功能没有用到的时候，过温和低温（TH 和 TL）温度报警寄存器可以当做通用功能的 存储单元。所有的存储命令在“DS18B20 功能命令”章节有详细描述。 暂存寄存器中的 Byte 0 和 Byte 1 分别作为温度寄存器的低字节和高字节。同时这两个字节是 只读的。Byte 2 和 Byte 3 作为过温和低温（TH 和 TL）温度报警寄存器。Byte 4 保存着配置寄存 器的数据，详见“配置寄存器”章节。Byte 5、6、7 作为内部使用的字节而保留使用，不可被写 入。 暂存寄存器的 Byte 8 为只读字节，其中存储着该暂存寄存器中 Byte 0 至 Byte 7 的循环冗余校 验（CRC）值。DS18B20 计算该循环冗余校验（CRC）值的方法在“循环冗余校验（CRC）计算” 章节中有详细描述。
    DS18B20 使用写暂存寄存器命令[4Eh]才能将数据写入 Byte 2、3、4 中；这些写入 DS18B20 中的数据 必须从 Byte 2 中最低位开始。为了验证写入数据的完整性，该暂存寄存器可以在写入后再读出来 （采用读暂存寄存器命令[BEh]）。当从暂存寄存器中读数据时，从 1-Wire 总线传送的数据是以 Byte 0 的最低位开始的。为了将暂存寄存器中的过温和低温（TH 和 TL）温度报警值及配置寄存 器数据转移至 EEPROM 中，主设备必须采用拷贝暂存寄存器命令[48h]。 在 EEPROM 寄存器中的数据在设备断电后是不会丢失的；在设备上电后 EEPROM 的值将会 重新装载至相对应的暂存寄存器中。当然，在任何其他时刻 EEPROM 寄存器中的数据也可以通过 重新装载 EEPROM 命令[B8h]将数据装载至暂存寄存器中。主设备可以在产生读时序后，紧跟着 发送重新装载 EEPROM 命令，则如果 DS18B20 正在进行重新装载将会响应 0 电平，若重新装载 已经完成则会响应 1 电平。 DS18B20 存储器图 配置寄存器 暂存寄存器中的 Byte 4 包含着配置寄存器；如图 8 所示。用户通过改变表 2 中 R0 和 R1 的值 来配置 DS18B20 的分辨率。上电默认为 R0=1 及 R1=1（12 位分辨率）。需要注意的是，转换时间 与分辨率之间是有制约关系的。Bit 7 和 Bit 0 至 Bit 4 作为内部使用而保留使用，不可被写入。 图 7 配置寄存器 表 2 温度分辨率配置
    DS18B20 循环冗余校验（CRC）计算 DS18B20 的 64 位 ROM 编码的一部分和暂存寄存器的第 9 字节都为循环冗余校验（CRC）计 算字节。ROM 编码的循环冗余校验（CRC）值是由 ROM 编码的低 56 位计算而来，并且该 CRC 计算值存储在 ROM 编码的最高 8 位。暂存寄存器的 CRC 值是由存储在暂存寄存器中的值计算而 来，故当暂存寄存器中的值发生改变后，该 CRC 值也会随之发生改变。当总线上的主设备从 DS18B20 中读取数据时循环冗余校验（CRC）值给主设备提供一个数据验证码。为了验证读取到 的数据是正确的，主设备必须根据读取到的数据重新进行 CRC 计算，计算得到的值再与 ROM 编 码 CRC（从 64 位 ROM 中读取到的）或者暂存寄存器 CRC（从暂存寄存器中读取到的）作比较。 如果主设备计算得到的 CRC 值与读取到的 CRC 值相匹配，则读取到的数据为正确的。CRC 计算 值与读取值的比较以及是否执行下一个动作都是由总线上的主设备决定的。如果主设备计算的 CRC 值与从 DS18B20 中（ROM 或暂存寄存器）读取的 CRC 值不匹配，DS18B20 内部没有任何 电路能够阻止从主设备发送过来的命令。 CRC 校验（ROM 或暂存寄存器）的多项式等效公式为： CRC  8 X  X 5  X 14  主设备可以根据图 9 中的多项式重新计算 CRC 值与从 DS18B20 中读取得到的值进行比较。 该电路包括有左移寄存器和异或门（XOR），并且左移寄存器初始状态为 0。从 ROM 编码的最低 位或暂存寄存器的 Byte 0 字节的最低位开始，每一步都必须有一位左移进入左移寄存器中。当 ROM 编码中的第 56 位或暂存寄存器中 Byte 7 字节的最高位左移后，该多项式计算式将会保存 CRC 校验值。下一步，将从 DS18B20 中的 ROM 编码中或暂存寄存器中读取到的 CRC 校验值左 移进入该计算式。这些都完成后，如果重新计算的 CRC 值为正确的，则该计算式中的所有左移寄 存器都会是 0。关于 Maxim 公司的 1-Wire 总线 CRC 校验的更多信息请参阅：Application Note 27: Understanding and Using Cyclic Redundancy Checks with Maxim iButton Products. CRC 计算式
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