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單片機接口的應(yīng)用實例，以及由DS1820組成溫度檢測系統(tǒng)的方法，并給出了對DS1820進(jìn)行各種操作的軟件流程圖。

關(guān)鍵詞： 單線制（1-Wire) 時隙 A/D變換

美國DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器DS182,可把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號供微機處理。由于每片DS1820含有唯一的硅串行數(shù)所以在一條總線上可掛接任意多個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）。讀寫及溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS1820供電，而無需額外電源。DS1820提供九位溫度讀數(shù)，構(gòu)成多點溫度檢測系統(tǒng)而無需任何外圍硬件。

本文給出了DS1820與89C51單片機接口的應(yīng)用實例和DS1820組成溫度檢測系統(tǒng)的方法，并給出了對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

·無需外圍元件

·由總線提供電源

·測溫范圍為-55℃～75℃，精度為0.5℃

·九位溫度讀數(shù)

·A/D變換時間為200ms

·用戶自設(shè)定溫度報警上下限，其值是非易失性的

·報警搜索命令可識別哪片DS1820超溫度限

２ DS1820引腳及功能

DS1820的引腳見圖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非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL。64bit閃速ROM的結(jié)構(gòu)如下：

對DS1820的使用，多采用單片機實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。處理時，將DS1820信號線與單片機一位口線相連，單片機可掛接多片DS1820，從而實現(xiàn)多點溫度檢測系統(tǒng)。

系統(tǒng)對DS1820的操作以ROM命令和存儲器命令形式出現(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，若在線DS1820多于一個，將發(fā)生沖突。

·MATCHROM命令代碼［55H］：多個DS1820在線時，可用此命令匹配一個給定序列號的DS1820，此后的命令就針對該DS1820。

·SKIPROM命令代碼［CCH］：此命令執(zhí)行后的存儲器操作將針對在線的所有DS1820。

·SEARCHRDH命令代碼［F0H］：用以讀出在線的DS1820的序列號。

·ALARMSEARCH命令代碼［ECH］：當(dāng)溫度值高于TH或低于TL中的數(shù)值時，此命令可以讀出報警的DS1820。

3.2 存儲器操作命令代碼及其含義

· WRITESCRATCHPAD命令代碼［4EH］：寫兩個字節(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］：啟動在線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完成的，它有嚴(yán)格的時隙概念。因此系統(tǒng)對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)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。各種操作的時序圖如圖３和圖４所示。

４ 溫度檢測系統(tǒng)原理及程序流程圖

溫度檢測系統(tǒng)原理圖如圖５所示，采用寄生電源供電方式。為保證在有效的DS1820時鐘周期內(nèi)，提供足夠的電流，我們用一個MOSFET管和89C51的一個I/O口（P1.0）來完成對DS1820總線的上拉。當(dāng)DS1820處于寫存儲器操作和溫度A/D變換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10μs。采用寄生電源供電方式時VDD必須接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三態(tài)的，為了操作方便我們用89C51的P1.1口作發(fā)送口Tx,P1.2口作接收口Rx。通過試驗我們發(fā)現(xiàn)此種方法可掛接DS1820數(shù)十片，距離可達(dá)到５０米，而用一個口時僅能掛接10片DS1820，距離僅為20米。同時由于讀寫在操作上是分開的故不存在信號競爭問題。

無論是單點還是多點溫度檢測，在系統(tǒng)安裝及工作之前，應(yīng)將主機逐個與DS1820掛接，讀出其序列號。其工作過程為：主機Tx發(fā)一個脈沖，待“０”電平大于480μs后，復(fù)位DS1820，待DS1820所發(fā)響應(yīng)脈沖由主機Rx接收后，主機Tx再發(fā)讀ROM命令代碼33H（低位在前），然后發(fā)一個脈沖（15μs）并接著讀取DS1820序列號的一位。用同樣方法讀取序列號的56位。對于圖５系統(tǒng)的DS1820操作的總體流程圖如圖６所示。它分三步完成：①系統(tǒng)通過反復(fù)操作，搜索DS1820序列號；②啟動所有在線DS1820做溫度A/D變換；③逐個讀出在線DS1820變換后的溫度數(shù)據(jù)。主機啟動溫度變換并讀取溫度值的詳細(xì)流程圖如圖７所示；主機寫入存儲器數(shù)據(jù)詳細(xì)流程圖如８所示。當(dāng)有更多的檢測點需要測溫時，可利用89C51的其它口進(jìn)行擴展。同時，也可利用89C51的串行通信口（RXD，TXD）與上位計算機進(jìn)行通信，從而構(gòu)成微機溫度測量系統(tǒng)網(wǎng)。