毕业设计(论文)外文资料翻译DS18B20可编程分辨率的单总线数字温度计.doc

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1、南 京 理 工 大 学毕业设计(论文)外文资料翻译学院（系）： 电子工程与光电技术学院 专 业： 电子信息工程 姓 名： 学 号： 外文出处： www.21IC.com 指导教师评语： 签名： 年 月 日注：请将该封面与附件装订成册。DS18B20可编程分辨率的单总线数字温度计1.特征独特的单线接口，只需1个接口引脚即可通信每个设备都有一个唯一的64位串行代码存储在光盘片上多点能力使分布式温度检测应用得以简化不需要外部部件可以从数据线供电，电源电压范围为3.0V至5.5V测量范围从-55 C 至+125 C（-67 F至257 F）从-10至+85 C的精度为0.5 C温度计分辨率是用户可选择

2、的9至12位转换12位数字的最长时间是750ms用户可定义的 非易失性的温度告警设置告警搜索命令识别和寻址温度在编定的极限之外的器件 （温度告警情况）采用8引脚SO（150mil），8引脚SOP和3引脚TO - 92封装软件与DS1822兼容应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计、或者任何热感测系统引脚排列引脚说明 GND 接地 DQ 数据输入/输出 VDD 电源电压 NC 不连接2.简介该DS18B20的数字温度计提供9至12位的摄氏温度测量，并具有与非易失性用户可编程上限和下限报警功能。信息单线接口送入 DS1820 或从 DS1820 送出，因此按照定义只需要一条数据线（和地线）与中

3、央微处理器进行通信。它的测温范围从-55 C到 +125 C，其中从-10 C至+85 C可以精确到0.5C 。此外，DS18B20可以从数据线直接供电（“寄生电源”），从而消除了供应需要一个外部电源每个DS18B20的有一个唯一的64位序列码，它允许多个DS18B20同时连在一根单线总线上，因此，用一个微处理器控制大面积分布的许多DS18B20是非常简单的。此特性的应用范围包括 HVAC、环境控制、建筑物、设备或机械内的温度检测以及过程监视和控制系统。订购信息表1 详细描述引脚表3.综述图1显示了DS18B20的框图，引脚说明如表1。64位ROM存储设备的独特序号。存贮器包含2个字节的温度寄

4、存器，它存储来自温度传感器的数字输出。此外，暂存器可以访问的1个字节的上下限温度告警触发器（TH和TL）和1个字节的配置寄存器。配置寄存器允许用户设置的温度到数字转换的分辨率为9，10，11或12位。TH，TL和配置寄存器是非易失性的，因此掉电时依然可以保存数据。该DS18B20使用Dallas的单总线协议，总线之间的通信用一个控制信号就可以实现。控制线需要一个弱上拉电阻，因为所有的设备都是通过3线或开漏端口连接（在DS18B20中用DQ引脚）到总线的。在这种总线系统中，微处理器（主设备）和地址标识上使用其独有的64位代码。因为每个设备都有一个唯一的代码，一个总线上连接设备的数量几乎是无限的。

5、单总线协议，包括详细的解释命令和“时间槽”，此资料的单总线系统部分包括这些内容。DS18B20的另一个特点是：没有外部电源供电仍然可以工作。当DQ引脚为高电平时，电压是单总线上拉电阻通过DQ引脚供应的。高电平信号也可以充当外部电源，当总线是低电平时供应给设备电压。这种从但总线提供动力的方法被称为“寄生电源“。作为替代电源，该DS18B20也可以使用连接到VDD引脚的外部电源供电。图1 DS18B20方框图4.运用 测量温度该DS18B20的核心功能是它是直接输出数字信号的温度传感器。该温度传感器的分辨率为用户配置至9，10，11或12位，相当于0.5C，0.25C，0.125 C和0.0625

6、C的增量。其中传感器默认为12位。该DS18B20在低功耗空闲状态；启动温度测量和模数转换，主机必须发出一个转换命令。转换后，所产生的数据存储在内存中的2比特温度寄存器中，DS18B20返回其空闲状态。如果DS18B20是由外部电源供电的，主机可以发出“读时隙”（见单总线系统部分），转换后，通过发送低电平T命令和DS18B20将响应，同时温度转换继续进行，当转换完成时变为高电平。如果DS18B20的是寄生电源供电的，在整个温度转换过程中此通知技术不能使用，因为总线必须变为高电平。总线需要寄生电源供电将在此资料的DS18B20驱动部分将详细介绍。DS18B20的输出温度数据为标准摄氏度;对于华氏

7、温度的应用，必须通过查表或运用转换方法。温度数据在温度寄存器存储为一个16位符号扩展位和2位的补码（见表2）。该标志位（S）表示温度的正负符号位：为正数时S = 0，为负数时S = 1。如果是DS18B20配置为12位分辨率，在温度寄存器的所有位将包含有效数据。对于11位分辨率，位0是未定义的。对于10位分辨率，位1和0是未定义的。对于9位分辨率，位2，1和0是未定义的。表2给出了输出数字数据和相应的12位分辨率温度读数转换例子。图2 温度寄存器格式表2 温度/数据关系温度 数据输出（二进制）数据输出（十六进制）+1250000 0111 1101 000007D0h+850000 0101

8、0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00010191h+10.1250000 0000 1010 001000A2h+0.50000 0000 0000 10000008h00000 0000 0000 00000000h-0.51111 1111 1111 1000FFF8h-10.1251111 1111 0101 1110FF5Eh-25.06251111 1110 0110 1111FE6Eh-551111 1100 1001 0000FC90h*上电复位时温度寄存器默认值855.运用 - 报警信号DS18B20温度转换完成后，温度值与用户定义的2

9、个报警触发值存储在1个字节的TH和TL寄存器（见图3）。符号位（S）表示温度值的正负：S = 0时为正值， S = 1为负值。TH和TL寄存器是非易失（EEPROM），因此他们将保留设备掉电时的数据。TH和TL可通过暂存器中字节2和3获得，此内容在本数据表内存部分解释。图3 TH和TL寄存器格式只有温度寄存器4中的11位用于和TL的比较中，由于TH和TL都是8位寄存器。如果测量温度低于或等于TL或超过TH，报警情况存在而且报警标志将设置在DS18B20的内部。每个温度测量后，这个标志位将被更新，因此，如果报警条件消失，下一个温度转换后，该标志位将被关闭。主设备可以通过搜索ECH命令检查总线上所

10、有DS18B20报警标志位的状态。任何有设置报警标志位的DS18B20将响应命令，所以主设备可以决定到底是哪个DS18B20在经历一个报警条件。如果报警的情况存在，TH和TL设置已经改变了，另一个温度转换应该去验证报警条件。6.DS18B20供电该传感器DS18B20可以用外部电源接VDD端供电，或者它可以工作在“寄生电源”模式下，这种模式允许DS18B20在没有外部电源下工作。寄生电源在远程或者空间受限情况下感温是非常有用的。图1显示了的的寄生功率控制电路，其中当总线引脚为高电平时，力部门宿舍从DS18B20通过连接单总线的DQ端“偷”电。当总线是高电平或者总线是低电平，而一些能量存贮在CP

11、P中来提供电源，“偷”来的电位DS18B20提供驱动。当DS18B20在寄生电源模式下使用时，VDD引脚必须接地。在寄生电源模式下，单总线和CPP可以提供足够的电流给DS18B20的大部分操作，只要指定的时间和电压的要求得到满足（参考本数据手册DC电气特性和AC电气特性章节）。然而，当DS18B20温度转换或复制暂存器的数据到EEPROM时，工作电流可高达1.5毫安。这个电流会导致无法接受的电压下降，整个单总线电阻压降减小，更多的电流可以由寄生电源供应。为了确保DS18B20有足够的电流供应，无论正在发生温度转换或复制暂存器的数据到EEPROM，单总线都必须接一个强上拉电阻。这可以通过使用一个

12、MOSFET以直接把总线电压下降到如图4所示。单总线必须在转换T44h或暂存器复制48H命令发出后， 10秒内（最大）转换到强上拉状态，而且总线必须在转换（tconv）或数据传输（twr = 10ms）期间通过上拉保持高电平。在单总线上拉使能时，其他活动不能发生。该DS18B20的也可以采用的连接外部电源到VDD脚上的传统方法，如图5所示。这种方法的优点是不需要MOSFET的上拉， 而且单总线可以在进行温度转换时间自由地进行其他操作。在+100以上的高温时不推荐使用寄生电源，因为在这些温度下存在较高泄漏电流，DS18B20可能无法维持通信。对于像在这种高温下的使用，强烈建议由一个DS18B20

13、的外部电源供电。在某些情况下，总线主机可能不知道DS18B20是外部电源还是寄生电源供电。主机需要这些信息来确定是否强大的总线上拉应在温度转换时使用。要获得这些信息，主机可以在“阅读时段” 一个读取电源B4h命令后，发出一个跳过ROMCCh命令。在读时隙，寄生电源给DS18B20供电将把总线电平拉低，外部供电时DS18B20将会让总线仍然保持高电平。如果总线拉低，主机知道在温度转换期间它必须提供单总线强上拉。图4 DS18B20温度转换期间的强上拉供电图5 外部电源给DS18B20供电7.64位激光ROM每一个DS1820都包括一个唯一的64位长的ROM编码。开绐的8位是单线产品系列编码：28

14、h，接着的48位是唯一的系列号。最重要的8位是开始56位CRC位，从56位的ROM端计算而来。CRC比特的详细内容将在CRC概述一章中介绍。64位ROM代码和相关ROM功能控制逻辑使DS18B20作为使用协议的单线设备的运作，单总线系统的数据表部分详细介绍了这个协议。图6 64位光刻只读存储器8.存贮器DS1820的存贮器如图7所示那样被组织 存贮器由一个高速暂存 便笺式 RAM、一个存贮高温度和低温度和触发器 TH 和 TL的非易失性电可擦除 E2RAM和存储配置寄存器组成。请注意，如果DS18B20的报警功能不使用，TH和TL寄存器可以作为通用存储器。DS18B20的功能命令部分详细叙述了

15、所有内存的命令。暂存器的字节0和字节1分别包含LSB和MSB温度寄存器。这些字节是只读的。字节2和3提供是提供接入的TH和TL寄存器。字节4包含配置寄存器数据，数据表配置寄存器部分详细解释了它的内容。字节5，6和7是保留供内部使用的设备，不能被覆盖，当被读到时，这些字节将返回1秒。8字节暂存器是只读的，并且包含了循环冗余校验码，通过暂存器的0到7字节。DS18B20使用在CRC生成一节中描述的方法生成该CRC。数据写入字节2，3，暂存器4使用写入暂存4Eh指令;数据必须传输到DS18B20以最低有效位开始的第2字节。为了验证数据的完整性，数据被写入后暂存器可以读取（使用数据读取暂存器与Beh命

16、令）。当读取暂存器，数据是从最低有效位的0字节开始的。要传送的TH，TL和配置数据从暂存器到EEPROM，主机必须发起复制暂存 48h命令。设备关机时，在EEPROM寄存器的数据将被保留，上电时EEPROM中的数据到相应的位置暂存器重新加载。数据也可以使用召回E2 B8h命令在任何时间从EEPROM中重新加载向暂存器。主机可以在召回E2命令后发出读时隙后，DS18B20的将通过传输0表明处在召回状态，当召回完成时将传输1。图7 DS18B20存储器9.配置寄存器暂存存储器的第四字节包含配置寄存器，其组织结构如图8所示。用户可以使用该寄存器如表3所示的R0和R1的位设置DS18B20的转换分辨率

17、。这些位默认是R0和R1都等于1（12位）的分辨率。请注意，两者之间是有直接的分辨率和转换时间的对比。第7位，并在配置寄存器0至4位是保留供内部使用的设备，不能被覆盖，这些位被读出时将返回1秒。图8 配置寄存器表3 温度计精确度配置表10.CRC生成CRC字节是DS18B20的64位ROM代码的一部分，在暂存器的第9比特。CRC的代码是由前56位的ROM代码计算出的，并处在ROM中最重要的字节。暂存器中的CRC代码是由储存器中的数据计算出来的，因此它变化时，在暂存器中的数据也会变化。CRC提供总线主机数据验证方法，当主机从DS18B20读取数据时。为了验证数据已被正确读取，总线主机必须从接收到

18、的数据中重新计算CRC，然后比较此值无论是ROM代码（为ROM读）或暂存器的CRC（为暂存器读取）。如果计算出的CRC与读到的CRC匹配，说明已收到的数据准确无误。 CRC的值比较，是否继续运作完全由总线主机决定。如果DS18B20的CRC（ROM或暂存器）与由总线主机产生的值不匹配，DS18B20中没有任何电路阻止命令序列的进程。由总线主机产生的价值电路。CRC的同等多项式函数（ROM或暂存器）是：CRC = X8+ X5 + X4+ 1总线主机可以重新计算CRC，然后使用如图9所示的多项式发生器与从DS18B20得到用的CRC值进行比较。该电路由一个移位寄存器和XOR门组成，移位寄存器初始

19、化为0。从暂存器最低有效位或0字节的最低有效位的开始，每次一比特应该移入移位寄存器。从ROM或从暂存器中最重要的第7字节转移到第56比特后，多项式发生器将包含重新计算的CRC校验码。接下来，8位ROM代码或暂存器从DS18B20的CRC必须转移到电路。此时，如果重新计算的CRC是正确的，移位寄存器将包含所有0。对达拉斯的单总线循环冗余校验的更多信息在应用笔记27：理解和使用触摸与达拉斯半导体存储器产品的循环冗余校验中有详细介绍。图9 CRC发生器11.单总线系统单总线包括一个总线控制器和一个或多个从机。DS18B20总是充当从机。当 只有一只从机挂在总线上时，系统被称为“单点”系统；如果由多只

20、从机挂在总 线上，系统被称为“多点”。所有的数据和指令的传递都是从最低有效位开始通过单总线。关于单总线系统分三个题目讨论：硬件结构、执行序列和单总线信号（信号类型和时序）。12.硬件结构单总线系统只有一条定义的信号线。每一个总线上的器件必须是漏极开路或三态输出。这样的系统允许每一个挂在总线上的区间都能在适当的时间驱动它。 DS18B20的单总线端口（DQ 引脚）是漏极开路式的，内部等效电路见图 10。单总线需要一个约 5K的外部上拉电阻；单总线的空闲状态是高电平。无论任何理由需要暂停某一执行过程时，如果还想恢复执行的画，总线必须停留在空闲状态。在恢复期间，如果单总线处于非活动（高电平）状态，位

21、与位间的恢复时间可以无限长。如果总线停留在低电平超过 480us，总线上的所有器件都将被复位。图10 硬件结构13.执行排序通过单线总线端口访问 DS18B20的协议如下：步骤1. 初始化 步骤2. ROM 操作指令 步骤3. DS18B20功能指令每一次 DS18B20的操作都必须满足以上步骤，若是缺少步骤或是顺序混乱，器件 将不会返回值。例如这样的顺序：发起 ROM搜索指令F0h和报警搜索指令ECH 之后，总线控制器必须返回步骤 1。14初始化通过单总线的所有执行操作处理都从一个初始化序列开始。初始化序列包括一个由总线控制器发出的复位脉冲和其后由从机发出的存在脉冲。存在脉冲让总线控制器知道

22、 DS18B20在总线上且已准备好操作，详见单总线信号节。15.ROM指令一旦总线控制器探测到一个存在脉冲，它就发出一条 ROM指令。如果总线上挂有多只 DS18B20，这些指令将基于器件独有的 64位 ROM片序列码使得总线控制器 选出特定要进行操作的器件。这些指令同样也可以使总线控制器识别有多少只， 什么型号的器件挂在总线上，同样，它们也可以识别哪些器件已经符合报警条件。 ROM 指令有 5条，都是 8位长度。总线控制器在发起一条 DS18B20 功能指令之前 必须先发出一条 ROM 指令。ROM指令操作流程图见图 11。16.搜索ROM指令当系统上电初始化的时候，总线控制器必须通过识别总

23、线上所有 ROM片序列码去得到从机的数目和型号。总线控制器通过搜索 ROM指令多次循环搜索 ROM 编码，以确认所有从机器件。如果总线上只有一只从机，那么可以用较为简单的读取ROM 指令（见下文）代替搜索ROM指令，关于 iButton Book of Standards 见 ROM指令之后，总线控制器必须返回步骤 1。17.读取ROM指令只有在总线上存在单只DS18B20的时候从能使用这条命令。该命令允许总线控制器在不使用搜索ROM指令的情况下读取从机的 64位片序列码。如果总线上有不 止一只从机，当所有从机试图同时传送信号时就会发生数据冲突。18.匹配ROM匹配ROM指令，后跟64位ROM

24、编码序列，让总线控制器在多点总线上定位一只 特定的 DS18B20。只有和 64 位ROM片序列完全匹配 DS18B20才能响应随后的存储器操作指令；所有和 64位 ROM片序列码不匹配的从机都将等待复位脉冲。19.忽略ROM指令这条指令允许总线控制器不用提供 64位 ROM编码就使用功能指令。例如，总线控制器可以先发出一条忽略ROM指令，然后发出温度转换指令44h，从而完成温度转换操作。注意：当只有一只从机在总线上时，无论如何，忽略 ROM指令之后只能跟着发出一条读取暂存器指令BEh。在单点总线情况下使用该命令，器件无需发回 64 位 ROM编码，从而节省了时间。如果总线上有不止一只从机，若

25、发出忽略 ROM指令，由于多只从机同时传送信号，总线上就会发生数据冲突。20.报警搜索指令这条命令的流程和搜索 ROM指令相同，然而，只有满足报警条件的从机才对该命令做出响应。只有在最近一次测温后遇到符合报警的状况，DS18B20才会响 应这条命令。在每次报警搜索指令周期之后，总线控制器必须返回步骤 1。关于 报警操作流程见报警信号操作节。21.DS18B20功能指令在总线控制器发给欲连接的DS18B20 一条ROM 命令后，跟着可以发送一条DS18B20功能指令。这些命令允许总线控制器读写 DS18B20 的暂存器，发起温度转换和识别电源模式。DS18B20的功能详见下文，同时概括于表 4，

26、并用流程图示 于图 12。22.温度转换指令这条命令用以启动一次温度转换。温度转换指令被执行，产生的温度转换结果数 据以 2个字节的形式被存储在高速暂存器中，而后 DS18B20保持等待状态。如果寄生电源模式下发出该命令后，在温度转换期间（tconv），必须在 10us(最多), 内给单总线一个强上拉，见 DS18B20供电节。如果 DS18B20以外部电源供电，总线控制器在发出该命令后读续，DS18B20如处于转换中，将在总线上返回0，若温度转换完成，则转回1。寄生电源模式下，总线被强上拉拉高前这样的通讯技术不会被使用。23.写暂存器指令这条命令向DS18B20的暂存器写入数据，开始位置在T

27、H寄存器(暂存器的第 2个字节） 接下来写入TL暂存器（暂存器的 3个字节）最后写入配置寄存器（暂存器的第 4个字节） 数据以最低有效位开始传送。上述三个字节的写入必须发生在总线控制器发出复位命令前，否则会中止写入。24.读暂存器指令这条命令读取暂存器的内容。读取将从字节 0开始，一只进行下去，知道第 9字 节（字节8，CRC）读完，如果不想读完所有字节，控制器可以在任何时间发出 复位命令来中止读取。25.拷贝暂存器指令这条命令把TH,TL和配置寄存器（第1，2，3，4节）的内容拷贝到EEPROM中。 如果使用寄生电源总线控制器必须在发出这条命令的 10us 内启动强上拉并最少 保持 10ms

28、，见 DS18B20供电节所述。26.召回 EEPROM指令这条命令把报警触发器的值（TH 和 TL）以及配置数据从 EEPROM 拷回暂存器。总线控制器在发出该命令后读时序，DS18B20会输出拷回标识：0 标识正在拷回，1 标识拷回结束。这种拷回操作在 DS18B20上电时自动执行，这样器件一上电暂存 器里马上就存在有效的数据了。27.读电源模式指令总线控制器在这条命令发给DS18B20后发出读时序若是寄生电源模式DS18B20将拉低总线，若是外部电源模式，DS18B20将会把总线拉高。关于这条指令的用 法信息详述于 DS18B20 供电节。表4 DS18B20功能指令表备注：对于寄生电源模式下的DS18B20，在温度转换和拷贝数据到EEPROM期间，必须给单总线一个强上拉。总线上在这段时间内不能有其它活动。总线控制器在任何时刻都可以通过发出复位信号中止数据传输。TH,TL和配置寄存器这3个字节的写入必须在复位信号发起之前。