DS18B20的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.DS18B20是Dallas公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器，具有體積小、適用電壓寬、經(jīng)濟(jì)靈活的特點(diǎn)。它內(nèi)部使用了onboard專利技術(shù)，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在一個(gè)形如三極管的集成電路內(nèi)。DS18B20有電源線、地線及數(shù)據(jù)線3根引腳線，工作電壓范圍為3～5.5 V，支持單總線接口。

DS18B20的結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1DS18B20的內(nèi)外結(jié)構(gòu)

DS18B20的外部結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，VDD為電源輸入端，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端，GND為電源地。

DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括4部分：64位光刻ROM、溫度傳感器、非易失的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器，如圖2所示。

64位ROM中，在產(chǎn)品出廠前就被廠家通過(guò)光刻刻錄好了64位序列號(hào)。該序列號(hào)可以看作是DS18B20的地址序列碼，用來(lái)區(qū)分每一個(gè)DS18B20，從而更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度的多點(diǎn)測(cè)量。

圖2中的暫存器是DS18B20中最重要的寄存器。暫存器由9個(gè)字節(jié)組成，各字節(jié)定義如表1所列。

配置寄存器用于用戶設(shè)置溫度傳感器的轉(zhuǎn)換精度，其各位定義如下：

TM位是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20是工作模式(0)還是測(cè)試模式(1)，其出廠值為0。R1、R0用于設(shè)置溫度傳感器的轉(zhuǎn)換精度：00，分辨率為9位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為93.75ms;01，分辨率為10位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為187.5 ms;10，分辨率為11位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為375 ms;11，分辨為12位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為750 ms。R1、R0的出廠值為11。其余5位值始終為1。

第0和第1字節(jié)為16位轉(zhuǎn)換后的溫度二進(jìn)制值，其中前4位為符號(hào)位，其余12位為轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)位(分辨率為12位)。如果溫度大于0，則前4位值為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘上0.062 5即可得到實(shí)際溫度值;如果溫度小于0，則前4位為1，需將測(cè)得的數(shù)值取反加1后，再乘上0.062 5。第0和第1字節(jié)各位的二進(jìn)制值如下：

3. DS18B20的應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)

按DS18B20的供電方式，其應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)可分為如下3種：寄生電源供電方式;寄生電源強(qiáng)上拉供電方式;外部電源供電方式。實(shí)際應(yīng)用中，以外部電源供電方式為主。其應(yīng)用原理圖如圖3所示。

4. DS18B20的工作原理

根據(jù)DS18B20的通信協(xié)議，MCU對(duì)其操作主要有如下3個(gè)步驟：讀寫之前，對(duì)DS18B20發(fā)送約500 μs的低電平進(jìn)行復(fù)位;復(fù)位成功，發(fā)送ROM指令;發(fā)送RAM指令。MCU對(duì)DS18B20的具體操作流程如圖4所示。