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    【技术帖】测温芯片DS18B20详细解读(独家原创,禁止转载)

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    著名的一PCB哥 发表于 2013-10-6 16:11:55 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上    一主题 下一主题
    本帖最后由 mianmuhua 于 2014-5-28 21:32 编辑

          大家好,首先感谢大家对我前几天发布的一“Remind BOX”DIY实例帖的一支持№和捧场,在此谢过了 。我今天要发一篇技术帖,是关于DS18B20这款强大的一测温芯片的一技术帖 。本帖将从不 同角度帮助广大不 熟悉DS18B20测温芯片的一坛友更加了解这款芯片,也希望已经或者将要用到这款芯片的一坛友可以更加顺利地完成自己的一DIY作品 。(声明:本帖中所涉及的一图片资源均为本人一笔一笔画出来的一,未经允许,请勿转载)言归正传,下面开始技术部分 。

    第一部分:DS18B20的一封装№和管脚定义

          首先,我们来认识一下DS18B20这款芯片的一外观№和针脚定义,DS18B20芯片的一常见封装为TO-92,也就是普通直插三极管的一样子,当然也可以找到以SO(DS18B20Z)№和μSOP(DS18B20U)形式封装的一产品,下面为DS18B20各种封装的一图示及引脚图 。
    2图二:DS18B20封装及引脚图.jpg
       
    了解了这些该芯片的一封装形式,下面就要说到各个管脚的一定义了,如下表即为该芯片的一管脚定义:
    QQ截图20131006164144.jpg
        上    面的一表中提到了一个“奇怪”的一词——“寄生电源”,那我有必要说明一下了,DS18B20芯片可以工作在“寄生电源模式”下,该模式允许DS18B20工作在无外部电源状态,当总线为高电平时,寄生电源由单总线通过VDD引脚,此时DS18B20可以从总线“窃取▓”能量,并将“偷来”的一能量储存到寄生电源储能电容(Cpp)中,当总线为低电平时释放能量供给器件工作使用 。所以,当DS18B20工作在寄生电源模式时,VDD引脚必须接地 。

    第二部分:DS18B20的一多种电路连接方式

    如下面的一两张图片所示,分别为外部供电模式下单只№和多只DS18B20测温系统的一典型电路连接图 。

    (1)外部供电模式下的一单只DS18B20芯片的一连接图

    3图三:单DS18B20电路连接图.jpg

    (2)外部供电模式下的一多只DS18B20芯片的一连接图

    4图四:多DS18B20电路连接图.jpg

          这里需要说明的一是,DS18B20芯片通过达拉斯公司|234彩票官网登录的一单总线协议依靠一个单线端口通讯,当全部器件经由一个三态端口或者漏极开路端口与总线连接时,控制线需要连接一个弱上    拉电阻 。在多只DS18B20连接时,每个DS18B20都拥有一个全球唯一的一64位序列号,在这个总线系统中,微处理器依靠每个器件独有的一64位片序列号辨认总线上    的一器件№和记录总线上    的一器件地址,从而允许多只DS18B20同时连接在一条单线总线上    ,因 此,可以很轻松地利用一个微处理器去控制很多分布在不 同区域的一DS18B20,这一特性在环境控制、探测建筑物、仪器等温度以及过程监测№和控制等方面都非常有用 。

          对于DS18B20的一电路连接,除了上    面所说的一传统的一外部电源供电时的一电路连接图,DS18B20也可以工作在“寄生电源模式”,而下图则表示了DS18B20工作在“寄生电源模式”下的一电路连接图 。没错,这样就可以使DS18B20工作在寄生电源模式下了,不 用额外的一电源就可以实时采集到位于多个地点的一温度信息了 。

    5图五:DS18B20寄生电源模式电路连接图.jpg
          


    第三部分:DS18B20内部寄存器解析及工作原理

          介绍完DS18B20的一封装、针脚定义№和连接方式后,我们有必要了解DS18B20芯片的一各个控制器、存储器的一相关知识,如下图所示,为DS18B20内部主要寄存器的一结果框图 。

    6图六:DS18B20内部结构框图.jpg

           结合图中的一内部寄存器框图,我们先简单说一下DS18B20芯片的一主要寄存器工作流程,而在对DS18B20工作原理进行详细说明前,有必要先上    几张相关图片:

    (1)DS18B20内部寄存器结构图
    7图七:DS18B20寄存器结构示意图.jpg


    (2)DS18B20主要寄存器数据格式图示

    8图八:DS18B20主要寄存器数据格式.jpg

    (3)DS18B20通讯指令图

    QQ截图20131006152840.jpg
    了解了这些内部结构№和细节,下面说一下DS18B20芯片的一工作原理 。

             DS18B20启动后将进入低功耗等待状态,当需要执行温度测量№和AD转换时,总线控制器(多为单片机)发出[44H]指令完成温度测量№和AD转换(其他功能指令见上    面的一指令表),DS18B20将产生的一温度数据以两个字节的一形式存储到高速暂存器的一温度寄存器中,然后,DS18B20继续保持等待状态 。当DS18B20芯片由外部电源供电时,总线控制器在温度转换指令之后发起“读时隙”(详见本帖的一“DS18B20时隙图”),从而读出测量到的一温度数据通过总线完成与单片机的一数据通讯(DS18B20正在温度转换中由DQ引脚返回0,转换结束则返回1 。如果DS18B20由寄生电源供电,除非在进入温度转换时总线被一个强上    拉拉高,否则将不 会有返回值) 。另外,DS18B20在完成一次温度转换后,会将温度值与存储在TH(高温触发器)№和TL(低温触发器)中各一个字节的一用户自定义的一报警预置值进行比较,寄存器中的一S标志位(详见寄存器格式图示中的一“TH№和TL寄存器格式”图示)指出温度值的一正负(S=0时为正,S=1时为负),如果测得的一温度高于TH或者低于TL数值,报警条件成立,DS18B20内部将对一个报警标识置位,此时,总线控制器通过发出报警搜索命令[ECH]检测总线上    所有的一DS18B20报警标识,然后,对报警标识置位的一DS18B20将响应这条搜索命令 。



    第四部分:针对DS18B20的一单片机编程

          针对DS18B20的一编程,可以理解为总线控制器通过相关指令操作器件或者器件中的一相应寄存器,从而完成器件也总线控制器的一数据通信,所以要真正搞定DS18B20的一通讯编程,还需要详细的一了解该芯片的一各种寄存器结构、寄存器数据格式№和相关的一指令系统,下面我们就结合上    面图示,说说DS18B20的一内部存储器结构 。

          DS18B20的一每个暂存器都有8bit存储空间,用来存储相应数据,其中byte0№和byte1分别为温度数据的一低位№和高位,用来储存测量到的一温度值,且这两个字节都是只读的一;byte2№和byte3为TH、TL告警触发值的一拷贝,可以在从片内的一电可擦可编程只读存储器EEPROM中读出,也可以通过总线控制器发出的一[48H]指令将暂存器中TH、TL的一值写入到EEPROM,掉电后EEPROM中的一数据不 会丢失;byte4的一配置寄存器用来配置温度转换的一精确度(最大为12位精度);byte5、6、7为保留位,禁止写入;byte8亦为只读存储器,用来存储以上    8字节的一CRC校验ζ码 。

           参考上    面的一DS18B20通讯指令图,即为DS18B20芯片中主要寄存器的一数据格式№和必要的一个别标识位说明,只要做到对寄存器数据精准的一控制,就可以很容易的一完成DS18B20的一程序编写,而对于总线控制器发出的一控制指令,我们需要知道,DS18B20的一指令包括ROM指令№和功能指令,其中ROM指令用来进行ROM的一操作,而功能指令则可以控制DS18B20完成温度转换,寄存器操作等功能性工作 。一旦总线控制器检测到一个存在脉冲,它就会发出一条ROM指令,如果总线上    挂载多只DS18B20,这些指令将利用器件独有的一64位ROM片序列码选出特定的一要进行操作的一器件,同样,这些指令也可以识别哪些器件符合报警条件等 。在总线控制器发给要连接的一DS18B20一条ROM指令后,就可以发送一条功能指令完成相关的一工作了,也就是说,总线控制器在发起一条DS18B20功能指令前,需要首先发出一条ROM指令 。了解了这些功能指令的一功能№和用法,再对DS18B20编程就容易多了!~


    第五部分:DS18B20芯片的一两点使用心得

    (1)对TH(高温触发寄存器)№和TL(低温触发寄存器)的一操作心得

           针对于DS18B20中TH(高温触发寄存器)№和TL(低温触发寄存器),可以找到的一代码资料很少,而如果在某一测温系统中需要用到TH№和TL寄存器时,其实不 必觉得无从下手,参见本帖中的一“DS18B20寄存器结构”,总线控制器的一读操作将从位0开始逐步向下读取▓数据,直到读完位8,而且TH№和TL寄存器的一内部结构№和数据格式№和片内其他寄存器是相同的一,当然,针对TH№和TL寄存器的一读写№和其他片内寄存器的一读写也是相同的一,所以在实际应用中,当DS18B20初始化完成后,首先通过总线控制器发出的一[B8H]指令将EEPROM中保存的一数据召回到暂存器的一TH№和TL中,然后通过总线控制器发出的一“读时隙”对器件暂存器进行读操作,只要将读到的一每8bit数据及时获取▓,就可以很容易地通过总线控制器读出TH№和TL寄存器数据;总线控制器对器件的一写操作原理亦然,换句话说,只要掌握了其他寄存器的一操作编程,就完全可以很容易地对TH№和TL这两个报警值寄存器进行读写操作 。同时,可以通过[48H]指令将TH№和TL寄存器数据拷贝到EEPROM中进行保存 。

    (2)对DS18B20通讯时隙的一掌握心得
           在由DS18B20芯片构建的一温度检测系统中,采用达拉斯公司|234彩票官网登录独特的一单总线数据通讯方式,允许在一条总线上    挂载多个DS18B20,那么,在对DS18B20的一操作№和控制中,由总线控制器发出的一时隙信号就显得尤为重要 。如下图所示,分别为DS18B20芯片的一上    电初始化时隙、总线控制器从DS18B20读取▓数据时隙、总线控制器向DS18B20写入数据时隙的一示意图,在系统编程时,一定要严格参照时隙图中的一时间数据,做到精确的一把握总线电平随时间(微秒级)的一变化,才能够顺利地控制№和操作DS18B20 。另外,需要注意到不 同单片机的一机器周期是不 尽相同的一,所以,程序中的一延时函数并不 是完全一样,要根据单片机不 同的一机器周期有所改动 。在平常的一DS18B20程序调试中,若发现诸如温度显示错误等故障,基本上    都是由于时隙的一误差较大甚至时隙错误导致的一,在对DS18B20编程时需要格外注意 。

    上    电初始化时隙图

    9图九:DS18B20上    电初始化时隙图.jpg

    数据读取▓时通讯总线的一时隙图
    10图十:总线控制器从DS18B20寄存器读数据时隙图.jpg

    数据写入时通讯总线的一时隙图
    11图十一:总线控制器向DS18B20写数据时隙图.jpg



           好了,帖子写到这里,基本上    算︻是告一段落了,我们描述了DS18B20测温芯片的一封装、管脚定义、电路连接方式、内部寄存器的一结构№和数据格式、通信时隙№和功能/控制指令,最后希望这篇帖子可以帮助到正在或者将要使用到DS18B20测温芯片的一坛友,谢谢大家!






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    黄世仁 + 80 10月最佳交流帖
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    胆小生石 + 5 支持原创 。

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    精彩评论254

    木头风火轮 发表于 2013-10-6 16:15:04 | 显示全部楼层
    我喜欢这个, 可以做个单片机温度计
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     楼主| 著名的一PCB哥 发表于 2013-10-6 16:19:09 | 显示全部楼层
    木头风火轮 发表于 2013-10-6 16:15
    我喜欢这个, 可以做个单片机温度计

    喜欢就好,也希望可以帮到更多的一坛友!~~
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    weiqiang 发表于 2013-10-6 16:22:54 | 显示全部楼层
    很不 错 整理出来可以学习学习 比起自己找的一资料好看那么多
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     楼主| 著名的一PCB哥 发表于 2013-10-6 16:23:49 | 显示全部楼层
    weiqiang 发表于 2013-10-6 16:22
    很不 错 整理出来可以学习学习 比起自己找的一资料好看那么多

    恩恩,谢谢鼓励,对大家有帮助就好!!~~
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    胆小生石 发表于 2013-10-6 16:28:46 | 显示全部楼层
    支持原创 。好帖子,很实用 。
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     楼主| 著名的一PCB哥 发表于 2013-10-6 16:32:55 | 显示全部楼层
    胆小生石 发表于 2013-10-6 16:28
    支持原创 。好帖子,很实用 。

    谢谢鼓励!!~~
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    流星也会永恒 发表于 2013-10-6 16:39:00 | 显示全部楼层
    精品文章
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     楼主| 著名的一PCB哥 发表于 2013-10-6 16:42:17 | 显示全部楼层
    流星也会永恒 发表于 2013-10-6 16:39
    精品文章

    谢谢鼓励№和捧场!~~
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    Ascend 发表于 2013-10-6 16:43:02 | 显示全部楼层
    版主推荐个性价比高的一示波器吧,最近实验ζ室要我负责买个,双通道的一就可以了,主要是要注意哪些问题,如:带宽的一选择、牌子的一选择
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