实践指南：15.2DS18B20温度测量与控制实验

时间：2023-10-18 理论教育版权反馈

【摘要】：DS18B20可以程序设定9～12位的分辨率，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。DS18B20内部结构主要由4部分组成：64位光刻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温度测量与控制电路原理如图15-6所示。

1.实验目的

（1）了解DS18B20温度传感器的工作原理。

（2）了解温度控制的基本原理。

（3）掌握一线总线接口的使用。

2.实验说明

（1）DALLAS单线数字温度传感器DS18B20简介 DALLAS半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3～5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。

DS18B20测量温度范围为-55～125°C，在-10～85°C范围内，精度为±0.5°C。DS18B20可以程序设定9～12位的分辨率，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。

DS18B20内部结构主要由4部分组成：64位光刻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的引脚排列如图15-5所示。DQ为数字信号输入/输出端，GND为电源地，VCC为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。

光刻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。64位光刻ROM的排列是：开始8位是单线系列编码（DS18B20为28H），接着的48位是该图15-5 DS18B20引脚图DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻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。

DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例，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。DS18B20温度寄存器格式见表15-1。

表15-1 DS18B20温度寄存器格式

这是12位转化后得到的12位数据，存储在DS18B20的两个8位的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘以0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘以0.0625即可得到实际温度。如125℃的数字输出为07D0H，10.125℃的数字输出为00A2H，-10.125℃的数字输出为FF5EH，-55℃的数字输出为FC90H。

DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E²RAM，后者用于存放高低温报警触发值TH和TL。暂存存储器包含了8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第1个字节的内容是温度的低8位；第2个字节是温度的高8位，第3、4个字节是TH、TL的易失性拷贝，第5个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这3个字节的内容在每一次上电复位时被刷新；第6、7、8个字节用于内部计算；第9个字节是冗余检验字节。

该字节各位的意义如下：

低5位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，见表15-2（DS18B20出厂时被设置为12位）。

根据DS18B20的通信协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500μs，然后释放，DS18B20收到信号后等待16～60μs左右，后发出60～240μs的低电平，主CPU收到此信号表示复位成功。

表15-2 DS18B20分辨率设置表

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