ds1820工作原理

好的，DS1820 是一款由 Dallas Semiconductor（现为 Maxim Integrated 的一部分）生产的 单总线数字温度传感器。它的工作原理可以拆解为以下几个关键部分：

核心：温度检测与数字化
- PN 结测温原理： DS1820 内部的核心是一个基于 半导体 PN 结电压-温度特性 的温度传感器。
- 温度依赖性： 半导体 PN 结的正向导通电压具有负的温度系数。这意味着随着环境温度的升高，PN 结两端产生相同的导通电流所需要的正向电压会下降。
- 高精度测量： DS1820 内部集成了一个 高精度的温度感应电路，利用上述原理精确测量该 PN 结上的电压变化。
- 模拟转数字（A/D）： 测量的模拟电压信号被馈送到一个 高分辨率 Σ-Δ（Sigma-Delta）模数转换器（ADC）。
- 数字输出： ADC 将模拟电压信号量化为一个 9 位或 12 位（通过配置选择） 的数字值（二进制补码格式），这个值直接对应于测量的摄氏温度值。
独特接口：单总线（1-Wire）
- 革命性设计： DS1820 最大的特点是它只需要 一根数据线（加上地线） 就能完成与微控制器（如单片机）的所有通信（数据传输和供电）。
- 地址识别： 每个 DS1820 芯片内部都有一个全球唯一的 64 位激光刻录 ROM 码。这个地址就像芯片的“身份证号”，允许主机（微控制器）在共享同一根单总线（可以并联多个 DS1820）时精确地识别并访问特定的传感器。
- 协议通信： 主机通过向单总线发送特定的 时序脉冲序列 来发起通信。时序非常关键：
  - 复位脉冲： 主机发送一个长的低电平脉冲（复位），然后释放总线。总线上存在的所有 DS1820 在检测到复位后，会发出一个短的应答脉冲（拉低总线），告知主机“我在线上”。
  - ROM 命令： 主机发送特定的命令，例如“搜索 ROM（找出总线上的所有设备地址）”、“匹配 ROM（选择特定地址的设备）”或“跳过 ROM（直接对总线上唯一的设备操作，或所有设备）”。
  - 功能命令： 选定了设备后，主机发送操作命令，如：
    - Convert T (0x44): 启动一次温度转换（ADC 开始工作）。
    - Read Scratchpad (0xBE): 读取包含温度数据的暂存器内容。
    - Write Scratchpad (0x4E): （部分型号支持）配置温度报警阈值和分辨率。
- 数据读写： 主机通过精确控制高低电平的持续时间来写入数据位（1 或 0），并通过采样总线在特定时间的电平高低来读取数据位。
内部存储：
- 高速暂存器： 一个内部的 RAM 存储器区域，也称为 Scratchpad。主要包含：
  - 温度数据的字节（最低有效字节 LSB 和最高有效字节 MSB）。
  - 用户可配置的高温和低温报警阈值字节（TH 和 TL）。
  - 配置寄存器字节（设置分辨率）。
  - 其他状态字节（如 CRC）。
- 非易失性存储器 (EEPROM)： 用户配置好的报警阈值 (TH, TL) 和配置寄存器（分辨率）可以复制到内部的 EEPROM 中保存。这样，即使芯片断电后再上电，这些配置也不会丢失（从 EEPROM 自动加载到暂存器的对应位置）。
温度转换过程（典型流程）：
1. 主机发送复位脉冲并等待应答。
2. 主机发送 Skip ROM 或 Match ROM 命令，选定目标 DS1820 (如果需要)。
3. 主机发送 Convert T (0x44) 命令。此时：
  - 传感器内部的温度传感器开始工作，ADC 进行温度转换。
  - 转换期间，总线上的数据线会被该传感器拉低（如果使用外部电源），或主机需要提供强上拉电平（如果使用寄生电源），以提供转换所需电流。
  - 转换时间约 750ms（对于 12 位分辨率，其他分辨率更快）。
4. 主机等待转换完成（通过读取总线状态或等待特定时间）。
5. 主机再次发送复位脉冲和应答。
6. 主机发送 Read Scratchpad (0xBE) 命令。
7. 主机开始从单总线上按字节顺序读取暂存器的内容，其中最重要的就是温度数据的 LSB 和 MSB。
8. 主机将读取的两个温度数据字节组合（MSB 包含符号位），并根据数据手册中的格式转换成摄氏温度值。

总结：

DS1820 的工作原理是通过内部的半导体 PN 结检测温度变化，利用高精度 ADC 将变化的电压信号转换成数字值，然后通过其独特的单总线协议，凭借唯一的 ROM 地址，在主机（微控制器）的控制下，将代表温度的数字数据传输出来。所有的通信和（部分情况下的）供电都只需要一根数据线和一根地线完成，这使得其布线极其简单，特别适合分布式温度监测应用。