單線數(shù)字溫度傳感器的原理與應(yīng)用

摘　要：介紹單線數(shù)字溫度傳感器DS1820的特性及工作原理，給出了DS1820與89C51單片機(jī)接口的應(yīng)用實(shí)例，以及由DS1820組成溫度檢測(cè)系統(tǒng)的方法，并給出了對(duì)DS1820進(jìn)行各種操作的軟件流程圖。 

關(guān)鍵詞： 單線制（1-Wire） 時(shí)隙 A/D變換 

美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器DS182,可把溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理。由于每片DS1820含有*的硅串行數(shù)所以在一條總線上可掛接任意多個(gè)DS1820芯片。從DS1820讀出的信息或?qū)懭隓S1820的信息，僅需要一根口線（單線接口）。讀寫(xiě)及溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS1820供電，而無(wú)需額外電源。DS1820提供九位溫度讀數(shù)，構(gòu)成多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)而無(wú)需任何外圍硬件。 

本文給出了DS1820與89C51單片機(jī)接口的應(yīng)用實(shí)例和DS1820組成溫度檢測(cè)系統(tǒng)的方法，并給出了對(duì)DS1820進(jìn)行各種操作的軟件流程圖。 

1 DS1820的特性 

·單線接口：僅需一根口線與MCU連接 
·無(wú)需外圍元件 
·由總線提供電源 
·測(cè)溫范圍為-55℃～75℃，精度為0.5℃ 
·九位溫度讀數(shù) 
·A/D變換時(shí)間為200ms 
·用戶(hù)自設(shè)定溫度報(bào)警上下限，其值是非易失性的 
·報(bào)警搜索命令可識(shí)別哪片DS1820超溫度限 

2 DS1820引腳及功能 

DS1820的引腳見(jiàn)圖1（PR35封裝）。

GND：地； 
DQ：數(shù)據(jù)輸入／輸出腳（單線接口，可作寄生供電）； 
VDD：電源電壓。 
3 DS1820的工作原理 

DS1820的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖２所示。由圖２可知，DS1820由三個(gè)主要數(shù)字器件組成：

① 64bit閃速ROM；②溫度傳感器；③非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL。64bit閃速ROM的結(jié)構(gòu)如下：

它既可寄生供電也可由外部５Ｖ電源供電。在寄生供電情況下，當(dāng)總線為高電平時(shí)，DS1820從總線上獲得能量并儲(chǔ)存在內(nèi)部電容上當(dāng)總線為低電平時(shí)，由電容向DS1820供電。 

DS1820的測(cè)溫原理：內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)一個(gè)受溫度影響的振蕩器的脈沖計(jì)數(shù)，低溫時(shí)振蕩器的脈沖可以通過(guò)門(mén)電路，而當(dāng)?shù)竭_(dá)某一設(shè)置高溫時(shí)振蕩器的脈沖無(wú)法通過(guò)門(mén)電路。計(jì)數(shù)器設(shè)置為-55℃時(shí)的值，如果計(jì)數(shù)器到達(dá)0之前，門(mén)電路未關(guān)閉，則溫度寄存器的值將增加，這表示當(dāng)前溫度高于-55℃。同時(shí)，計(jì)數(shù)器復(fù)位在當(dāng)前溫度值上，電路對(duì)振蕩器的溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，計(jì)數(shù)器重新開(kāi)始計(jì)數(shù)直到回零。如果門(mén)電路仍然未關(guān)閉，則重復(fù)以上過(guò)程。溫度表示值為9bit，高位為符號(hào)位。 

對(duì)DS1820的使用，多采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。處理時(shí)，將DS1820信號(hào)線與單片機(jī)一位口線相連，單片機(jī)可掛接多片DS1820，從而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。 

系統(tǒng)對(duì)DS1820的操作以ROM命令和存儲(chǔ)器命令形式出現(xiàn)。 

3.1 ROM命令代碼及其含義 

·READROM命令代碼［33H］：如果只有一片DS1820，可用此命令讀出其序列號(hào)，若在線DS1820多于一個(gè)，將發(fā)生沖突。 
·MATCHROM命令代碼［55H］：多個(gè)DS1820在線時(shí)，可用此命令匹配一個(gè)給定序列號(hào)的DS1820，此后的命令就針對(duì)該DS1820。 
·SKIPROM命令代碼［CCH］：此命令執(zhí)行后的存儲(chǔ)器操作將針對(duì)在線的所有DS1820。 
·SEARCHRDH命令代碼［F0H］：用以讀出在線的DS1820的序列號(hào)。 
·ALARMSEARCH命令代碼［ECH］：當(dāng)溫度值高于TH或低于TL中的數(shù)值時(shí)，此命令可以讀出報(bào)警的DS1820。 

3.2 存儲(chǔ)器操作命令代碼及其含義 

· WRITESCRATCHPAD命令代碼［4EH］：寫(xiě)兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)到溫度寄存器。 
· READSCRATCHPAD命令代碼[BEH]：讀取溫度寄存器的溫度值。 
·COPYSCRATCHPAD命令代碼［48H］：將溫度寄存器的數(shù)值拷貝到EERAM中，保證溫度值不丟失。 
·CONVERT命令代碼［44H］：?jiǎn)?dòng)在線DS1280做溫度A/D轉(zhuǎn)換。 
·RECALL EE命令代碼［B8H］：將EERAM中的數(shù)值拷貝到溫度寄存器中。 
·READPOWERSUPPLY命令代碼［B4H］：在本命令送到DS1280之后的每一個(gè)讀數(shù)據(jù)間隙，指出電源模式：“0”為寄生電源；“1”為外部電源。 

DS1820單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念。因此系統(tǒng)對(duì)DS1820的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS1820（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令