DS1620實(shí)現(xiàn)高分辨率溫度測量

DS1620是DALLAS半導(dǎo)體公司的溫度傳感器家庭成員之一，是新型數(shù)字式溫度傳感器。其測溫范圍寬（-55℃～+125℃），感應(yīng)能力精確，不需A/D轉(zhuǎn)換電路，直接將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。其外圍電路簡單，可以不需要PC機(jī)和單片機(jī)等的支持，獨(dú)立進(jìn)行工作?？蓮V泛應(yīng)用于溫度控制，溫度測量，工作系統(tǒng)及任何熱敏感系統(tǒng)中。

DS1620為8引腳DIP或SOIC封裝，其引腳符號及功能見表1。

表1

測溫原理

DS1620通過專有的片載溫度測量技術(shù)進(jìn)行溫度測量。其測溫原理如圖1所示。

計數(shù)器和溫度寄存器預(yù)選設(shè)置為-55℃的基值，計數(shù)器對流經(jīng)低溫系數(shù)振蕩器的脈沖進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)脈沖的周期由高溫系數(shù)振蕩器決定。如果計數(shù)器在高溫系數(shù)振蕩器發(fā)出結(jié)束信號之前到達(dá)0，則溫度寄存器開始增值，表示溫度值在-55℃之上。同時，計數(shù)器預(yù)設(shè)一個數(shù)值，此數(shù)值由非線性補(bǔ)償累加器決定，以補(bǔ)償振蕩器測溫過程中的拋物線性，即非線性。然后計數(shù)器重復(fù)進(jìn)行計數(shù)。如此循環(huán)，最終溫度寄存器中的數(shù)字量即為所測溫度值。

溫度值的換算在DS1620內(nèi)部進(jìn)行，分辨率為0.5℃。DS1620的溫度值以1/2℃LSB（最低有效位）表示，9位數(shù)據(jù)格式如下：（T=25.5℃）

非線性補(bǔ)償累加器的作用為補(bǔ)償測溫振蕩器的非線性誤差，改變每℃增值的計數(shù)器數(shù)值。若得知計數(shù)器中的數(shù)值和在補(bǔ)測溫度下每℃的計數(shù)（非線性補(bǔ)償累加器中的值），便可以實(shí)現(xiàn)高分辨率溫度測量。

DS1620在正常測溫情況下分辨率為0.5℃，根據(jù)其測溫工作原理，可以將其分辨率提高到0.1℃～0.05℃，以適應(yīng)需要精確溫度值的工業(yè)測量及控制系統(tǒng)。

大多數(shù)Dallas數(shù)字式溫度傳感器都能通過將最低有效位（LSB）置位或清零，以確保0.5℃的分辨率。傳感的誤差范圍由不同數(shù)值的LSB數(shù)字化決定。例如25℃至26℃之間的溫度值可參考表2。

表2

由表可知，對于每一次讀入的溫度值，都以1/2LSB為單位進(jìn)行四舍五入計算，DS1620的1/2LSB為0.25℃，它在進(jìn)行高分辨率測量的計算中必須考慮在內(nèi)。

DS1620讀進(jìn)的原始數(shù)據(jù)為9位，對所讀數(shù)據(jù)減去最低有效位，使可得到高分辨率值。計算過程為：將讀入的溫度可存器二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)化成帶符號整數(shù)，即temp read；然后對DS1620執(zhí)行特定的控制指令，使可得到保留在計數(shù)器中的數(shù)值，即轉(zhuǎn)換停止后的計數(shù)器保留數(shù)cont remain：以另一特定控制指令或指令集讀出非線性累加器中的數(shù)值，即在此溫度下每℃的計數(shù)值count per degree，得知這些參數(shù)后，通過如下公式：

實(shí)際值=temp read 1/2LSB+(count per degree count remain)/count per degree

實(shí)際的精確溫度值便可計算出來，分辨率高達(dá)0.1℃。

DS1620的工作方式及狀態(tài)檢測位由設(shè)置寄存器決定，在進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換之前首先要對其初始化，由PC機(jī)或單片機(jī)設(shè)定設(shè)置寄存器的相應(yīng)位。設(shè)置寄存器格式如下：

DONE（D7）位為1時表示溫度轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，為0時表示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。注意此位只在單次轉(zhuǎn)換方式時有效。

THF（D6）TLF（D5）位分別為高于高溫極限值或低于低溫極限值時置位。

ISHOT（D0）位為1時表示以溫度單次轉(zhuǎn)換方式運(yùn)行，為0時表示連續(xù)方式。

CPU（D1）位為1時表示DS1620以3線串行接口與PC機(jī)或單片機(jī)通信，為0時表示獨(dú)立工作方式。

*表示無關(guān)位。

在DS1620以CPU方式工作時，PC機(jī)或單片機(jī)的程序流程如圖2所示。

在實(shí)現(xiàn)過程中注意下面問題：

1.實(shí)現(xiàn)過程中必須用到兩條特殊指令：讀計數(shù)器指令（A0H）和裝載計數(shù)器指令（41H），這兩條指令在DS1620使用手冊上查不到。前一條指令的作用為讀出計數(shù)器中的數(shù)值，后一條指令的作用為將非線性累加器中的數(shù)值裝入計數(shù)器。

2.在數(shù)據(jù)傳輸過程中，DQ線上數(shù)據(jù)的傳輸順序?yàn)長SB（最低有效位）在先，MSB（最高有效位）在最后。例如設(shè)置寄存器狀態(tài)字節(jié)的傳送，第一位ISHOT位（D0），其次為CPU位（D1），依次下去，第八位為DONE位（D7）。

3.從DQ引腳上讀取數(shù)據(jù)時，設(shè)置寄存器的狀態(tài)為8位數(shù)據(jù)，而溫度數(shù)據(jù)為9位，這在編程時要加以區(qū)別?？梢跃幾x取8位數(shù)據(jù)和9位數(shù)據(jù)的子函數(shù)分別調(diào)用，也可只編讀取9位的程序，但在判斷設(shè)置寄存器狀態(tài)時只取前8位。

4.注意在常溫下，每次寫入DS1620存儲器都需要近10ms，所以在寫指令之后不能立即對DS1620進(jìn)行讀寫訪問，通常加10ms的延時。

5.DS1620是以STOP（RST=0）作為一次數(shù)據(jù)通信的結(jié)束。因此在每次設(shè)置操作結(jié)束或讀取8位溫度數(shù)據(jù)后，都要將RST引腳復(fù)位為低電平，然后置為高電平重新開始工作。

6.以在溫度單次轉(zhuǎn)換方式工作時，每次轉(zhuǎn)換完成并讀取溫度值之后，都要重新發(fā)送開始溫度轉(zhuǎn)換指令（EE H）。而在連續(xù)轉(zhuǎn)換方式只需開始發(fā)送轉(zhuǎn)換指令,DS1620會在一次溫度轉(zhuǎn)換完成后，繼續(xù)進(jìn)行一睛次轉(zhuǎn)換，時間間隔為1秒。此時停止轉(zhuǎn)換指令（22H）將暫停溫度轉(zhuǎn)換，開始轉(zhuǎn)換指令會重新開始轉(zhuǎn)換。