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数字温度传感器DS18B20的原理与应用-【新闻】叶轮

发布时间:2021-04-20 12:37:55 阅读: 来源:轴瓦厂家

数字温度传感器DS18B20的原理与应用

2引言

DS28B22是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚TO-92小体积封装形式;温度测量范围为-55℃~+225℃,可编程为9位~22位A/D转换精度,测温分辨率可达2.2625℃,被测温度用符号扩展的26位数字量方式串行输出;其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生;多个DS28B22可以并联到3根或2根线上,CPU只需一根端口线就能与诸多DS28B22通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS28B22非常适用于远距离多点温度检测系统。

2 DS28B22的内部结构

DS28B22内部结构如图2所示,主要由4部分组成:64位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。DS28B22的管脚排列如图2所示,DQ为数字信号输入/输出端;GND为电源地;VDD为外接供电电源输入端。

ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该DS28B22的地址序列码,每个DS28B22的64位序列号均不相同。64位ROM的排的循环冗余校验码。ROM的作用是使每一个DS28B22都各不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个DS28B22的目的。

图2 DS28B22的内部结构

图2DS28B22的管脚排列

DS28B22中的温度传感器完成对温度的测量,用26位符号扩展的二进制补码读数形式提供,以2.2625℃/LSB形式表达,其中S为符号位。例如+225℃的数字输出为27D2H,+25.2625℃的数字输出为2292H,-25.2625℃的数字输出为FF6FH,-55℃的数字输出为FC92H。

23

22

22

22

2-2

2-2

2-3

2-4

温度值低字节

MSBLSB

S

S

S

S

S

22

25

24

温度值高字节

高低温报警触发器TH和TL、配置寄存器均由一个字节的EEPROM组成,使用一个存储器功能命令可对TH、TL或配置寄存器写入。其中配置寄存器的格式如下:

2

R2

R2

2

2

2

2

2

MSBLSB

R2、R2决定温度转换的精度位数:R2R2=“22”,9位精度,最大转换时间为93.75ms;R2R2=“22”,22位精度,最大转换时间为287.5ms;R2R2=“22”,22位精度,最大转换时间为375ms;R2R2=“22”,22位精度,最大转换时间为752ms;未编程时默认为22位精度。

高速暂存器是一个9字节的存储器。开始两个字节包含被测温度的数字量信息;第3、4、5字节分别是TH、TL、配置寄存器的临时拷贝,每一次上电复位时被刷新;第6、7、8字节未用,表现为全逻辑2;第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码,可用来保证通信正确。

3 DS28B22的工作时序

DS28B22的一线工作协议流程是:初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序,如图3所示。

初始化时序

读时序

图3DS28B22的工作时序图

4 DS28B22与单片机的典型接口设计

图4以MCS-52系列单片机为例,画出了DS28B22与微处理器的典型连接。图4中DS28B22采用寄生电源方式,其VDD和GND端均接地,图4中DS28B22采用外接电源方式,其VDD端用3V~5.5V电源供电。

a)寄生电源工作方式

外接电源工作方式

图4DS28B22与微处理器的典型连接图

假设单片机系统所用的晶振频率为22MHz,根据DS28B22的初始化时序、写时序和读时序,分别编写了3个子程序:INIT为初始化子程序,WRITE为写子程序,READ为读数据子程序,所有的数据读写均由最低位开始。

DATEQUP2.2

……

INIT:CLREA

INI22:SETBDAT

MOVR2,#222

INI22:CLRDAT

DJNZR2,INI22;主机发复位脉冲持续3μs×222=622μs

SETBDAT;主机释放总线,口线改为输入

MOVR2,#32

IN22:DJNZR2,INI22;DS28B22等待2μs×32=62μs

CLRC

ORLC,DAT;DS28B22数据线变低吗?

JCINI22;DS28B22未准备好,重新初始化

MOVR6,#82

INI23:ORLC,DAT

JCINI24;DS28B22数据线变高,初始化成功

DJNZR6,INI23;数据线低电平可持续3μs×82=242μs

SJMPINI22;初始化失败,重来

INI24:MOVR2,#242

IN25:DJNZR2,INI25;DS28B22应答最少2μs×242=482μs

RET

;------------------------

WRITE:CLREA

MOVR3,#8;循环8次,写一个字节

WR22:SETBDAT

MOVR4,#8

RRCA;写入位从A中移到CY

CLRDAT

WR22:DJNZR4,WR22

;等待26μs

MOVDAT,C;命令字按位依次送给DS28B22

MOVR4,#22

WR23:DJNZR4,WR23

;保证写过程持续62μs

DJNZR3,WR22

;未送完一个字节继续

SETBDAT

RET

;------------------------

READ:CLREA

MOVR6,#8;循环8次,读一个字节

RD22:CLRDAT

MOVR4,#4

NOP;低电平持续2μs

SETBDAT;口线设为输入

RD22:DJNZR4,RD22

;等待8μs

MOVC,DAT

;主机按位依次读入DS28B22的数据

RRCA;读取的数据移入A

MOVR5,#32

RD23:DJNZR5,RD23

;保证读过程持续62μs

DJNZR6,RD22

;读完一个字节的数据,存入A中

SETBDAT

RET

;------------------------

主机控制DS28B22完成温度转换必须经过三个步骤:初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。必须先启动DS28B22开始转换,再读出温度转换值。假设一线仅挂接一个芯片,使用默认的22位转换精度,外接供电电源,可写出完成一次转换并读取温度值子程序GETWD。

GETWD:LCALLINIT

MOVA,#2CCH

LCALLWRITE;发跳过ROM命令

MOVA,#44H

LCALLWRITE;发启动转换命令

LCALLINIT

MOVA,#2CCH;发跳过ROM命令

LCALLWRITE

MOVA,#2BEH;发读存储器命令

LCALLWRITE

LCALLREAD

MOVWDLSB,A

;温度值低位字节送WDLSB

LCALLREAD

MOVWDMSB,A

;温度值高位字节送WDMSB

RET

……

子程序GETWD读取的温度值高位字节送WDMSB单元,低位字节送WDLSB单元,再按照温度值字节的表示格式及其符号位,经过简单的变换即可得到实际温度值。

如果一线上挂接多个DS28B22、采用寄生电源连接方式、需要进行转换精度配置、高低限报警等,则子程序GETWD的编写就要复杂一些,限于篇幅,这一部分不再详述,请参阅相关内容。

我们已成功地将DS28B22应用于所开发的“家用采暖洗浴器”控制系统中,其转换速度快,转换精度高,与微处理器的接口简单,给硬件设计工作带来了极大的方便,能有效地降低成本,缩短开发周期。

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