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ds18b20工作原理和测温原理介绍

2017年11月06日 17:23 网络整理 作者: 用户评论(0

  DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比,他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量,并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写,温度变换功率来源于数据总线,总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电,而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单,可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进,给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。

  DS18B20的主要特性

  1)适应电压范围3.0V~5.5V,在寄生电源方式下可由数据线供电。

  2)DS18B20与微处理器之间仅需要—条口线即可双向通讯。

  3)支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯—的三线上,实现组网多点测温。

  4)不需要任何外围元件,全部传感元件及转换电路集成在外形如一只三极管的电路内。

  5)测温范围-55℃~+125℃,在-lO℃~+85℃时精度为±0.5℃。

  6)可编程的分辨率为9位~12位,对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃,可实现高精度测温。

  7)在9位分辨率时,最多93.75ms便可把温度转换为数字,12位分辨率时最多750ms便可把温度值转换为数字。

  8)直接输出数字温度信号,以一线总线串行传送给CPU,同时可传送CRC校验码,具有极强的抗干扰纠错能力。

  9)电源极性接反时,芯片不会因发热而烧毁,但不能正常工作。

  DS18B20遵循单总线协议,每次测温时必须有初始化、传送ROM命令、传送RAM命令、数据交换等4个过程。

  ds18b20工作原理介绍

  DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同,只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同,且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。DS18B20测温原理如图3所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变,所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。

  计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,计数器1的预置将重新被装入,计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正计数器1的预置值。

  ds18b20工作原理和测温原理介绍

  图二

  ds18b20测温原理介绍

  DS18B20的测温原理如图2所示,图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1,高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入,图中还隐含着计数门,当计数门打开时,DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数,进而完成温度测量。

  计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将-55 ℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中,减法计数器1和温度寄存器被预置在 -55 ℃ 所对应的一个基数值。

  减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。

  图2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正减法计数器的预置值,只要计数门仍未关闭就重复上述过程,直至温度寄存器值达到被测温度值,这就是DS18B20的测温原理。

  另外,由于DS18B20单线通信功能是分时完成的,他有严格的时隙概念,因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为:初始化DS18B20(发复位脉冲)→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。各种操作的时序图与DS1820相同。

  推荐阅读:利用DS18B20做一个温控器(DS18B20引脚图_工作原理及应用电路)

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( 发表人:姚远香 )

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