温度传感器DS18B20和MCS-51单片机接口.doc

1.1 温度传感器DS18B20与MCS-51单片机的接口 数字温度传感器问世于20世纪90年代中期。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶。数字温度传感器具有价格低、精度高、封装小、温度范围宽、使用方便等优点，被广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器等各种温度控制系统中。数字温度传感器一般内部包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器和相应的接口电路，有的还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。数字温度传感器的种类繁多，一般按总线形式可分为单总线(1-wire)接口、双总线(I2C)接口和三总线(SPI)接口。下面主要以单总线接口数字温度传感器芯片DS18B20为例来介绍数字温度传感器的使用。 1.1.1 DS18B20简介 DS18B20是DALLAS公司生产的单总线数字温度传感器芯片，具有3引脚TO-92小体积封装形式；温度测量范围为-55℃～+125℃；可编程为9～12位A/D转换精度；用户可自设定非易失性的报警上下限值；被测温度用16位补码方式串行输出；测温分辨率可达0.0625℃；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DS18B20可以并联到3根或两根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少。可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。 1.1.2 DS18B20的外部结构 DS18B20可采用3脚TO-92小体积封装和8脚SOIC封装。其外形和引脚图如图7.17所示。 图1.1 DS18B20的外形及引脚图 图中引脚定义如下。 (1) DQ：数字信号输入/输出端。 (2) GND：电源地。 (3) VDD：外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。 1.1.3 DS18B20的内部结构 DS18B20内部主要由4部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非易失性温度报警触发器TH和TL、配置寄存器等。其内部结构图如图7.18所示。 DS18B20的存储部件有以下几种。 1．光刻ROM存储器 光刻ROM中存放的是64位序列号，出厂前已被光刻好，它可以看作是该DS18B20的地址序列号。不同的器件地址序列号不同。64位序列号的排列是：开始8位(28H)是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 图7.18 DS18B20的内部结构图 2．高速暂存存储器 高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表7.6所示。第0和第1个字节存放转换所得的温度值；第2和第3个字节分别为高温度触发器TH和低温度触发器TL；第4个字节为配置寄存器；第5、6、7个字节保留；第8个字节为CRC校验寄存器。 表7.6 DS18B20高速暂存存储器的分布 字节序号 功 能 0 温度转换后的低字节 1 温度转换后的高字节 2 高温度触发器TH 3 低温度触发器TL 4 配置寄存器 5 保留 6 保留 7 保留 8 CRC校验寄存器 DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，当温度转换命令发布后，转换后的温度以补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节中。以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表示，其中S为符号位。表7.7是12位转化后得到的12位数据，高字节的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘以0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘以0.0625即可得到实际温度。 表7.7 DS18B20温度值格式表 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 LS Byte 23 22 21 20 2-1 2-2 2-3 2-4 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 MS Byte S S S S S 26 25 24 例如，+125℃的数字输出为07D0H，+25.0625℃的数字输出为0191H，-25.0625℃的数字输出为FF6FH，-55℃的数字输出为FC90H。 表7.8列出了DS18B20部分温度值与采样数据的对应关系。 表7.8 DS18B20部分温度数据表 温度/℃ 16位二进制编码 十六进制表示 ＋125 0000 0111 1101 0000 07D0H ＋85 0000 0101 0101 0000 0550H +25.0625 0000 0001 1001 0001 0191H +10.125 0000 0000 1010 0010 00A2H +0.5 00