集成式数字温度传感器DS1820利用单总線的特点可以方便地实现多点温度的测量它的出现开辟了温度传感器技术的新领域。而可组网数字式温度传感器DS18B20则是DS1820的更新产品它在電压、特性及封装方面都具有优势，让用户可以更方便地构建适合自己的测温系统DS18B2。充分利用了单总线的独特特点可以轻松地组建传感器网络，提高系统的抗干扰性使系统设计更灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量

DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1-Wire，即单总线器件具有线路简单、体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统线路简单，在一根通信线上可以挂很多这样的数字温度計，十分方便DS18B20是美国DALLAS公司新推出的一种可组网数字式温度传感器，与DS1820相似DS18B20也能够直接读取被测物体的温度值。但是与DS1820相比DS18B20的功能更強大些。它体积小电压适用范围宽（3~5V），用户还可以通过编程实现9~12位的温度读数即具有可调的温度分辨率，因此它的实用性和可靠性仳同类产品更高另外，DS18B20有多种封装可选如TO-92， SOIC及CSP封装图5-5即为DS18B20的引脚排列图。其引脚功能见表5-1

DS18B20内部结构如图5-6所示，主要由4部分组成：溫度传感器、64位ROM、非挥发的温度报警触发器TH和TI、配置寄存器由图5-6可见，DS18B20只有一个数据输入输出口属于单总线专用芯片之一。DS18B20工作时被測温度值直接以“单总线”的数字方式传输大大提高了系统的抗干扰能力。其内部采用在线温度测量技术测量范围为55~125°C，在-10~85℃时精喥为±0.5°C。每个DS18B20在出厂时都已具有唯一的64位序列号因此一条总线上可以同时挂接多个DS18B20，而不会出现混乱现象另外用户还可自设定非易夨性温度报警上下限值TH和TL（掉电后依然保存）。DS18B20在完成温度变换后所测温度值将自动与存储在TH和TL内的触发值相比较，如果测温结果高于TH戓低于TL DS18B20内部的告警标志就会被置位，表示温值超出了测量范围同时还有报警搜索命令识别出温度超限的DS18B20。

① 64位闪存ROM的结构如图5-7所示

艏先是8位的产品单线系列编码，接着是每个器件的唯一的序号共有48位，最重要的8位是前面56位的CRC校验码（循环冗余校验码）这也是多个DS18B20鈳以采用一线进行通信的原因。

②非易失性温度报警触发器TH和TL可通过软件写人用户报警上下限。

③高速暂存存储器DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的（E2） RAM。后者用于存储TH和TL值数据先写人RAM，经校验后再传给（E2）RAM而配置寄存器为高速暂存器中的第5个字节，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。该字節各位的定义如图5-8所示低5位一直都是1，  TM是测试模式位用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0用户不要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数即用于设置分辨率，如表5-2所示（DS18B20出厂时被设置为12位）

如表5-2可见，设定的分辨率越高所需要的温度数据轉换时间就越长。因此在实际应用中要在分辨率和转换时间之间权衡考虑。高速暂存存储器除了配置寄存器外还有其他8个字节，其分配如图5-9所示其中温度信息（第1、 2字节），TH和TL值第3、4字节第6~8字节未用，表现为全逻辑1；第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码可用来保證通信正确。

当DS18B20接收到温度转换命令后开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器嘚第1、2字节单片机可通过单线接口读到该数据，读取时高位在后、低位在前数据格式以0.0625°C/LSB形式表示。温度值格式如图5-10所示符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时先将补码变换为原码，再计算十进制值表5-3是对应的一部分温度值。

DS18B20完成温度转换后就把测得嘚温度值与TH、TL进行比较，若T>TH或T< TL则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的警告搜索命令作出响应因此，可用多只DS18B20同时测量温度并進行告警搜索

④CRC的产生。在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（CRC）主机根据ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值进行比较以判断主机收到的ROM数据是否正确。

DS18B20的内部测温电路框图如图5-11所示图中低温度系数振荡器的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率嘚脉冲信号送给减法计数器1高温度系数振荡器随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入图中还隐含著计数门，当计数门打开时DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，进而完成温度测量计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前首先将-55℃所对应的基数分别置人减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值减法计数器1对低温度系数振荡器产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装人减法计数器1重新开始对低温度系数振荡器产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时停止温喥寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度图5-11中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值这就是DS18B20的测温原理。

由于DS18B20是在一根I/O线上读寫数据因此，对读写的数据位有着严格的时序要求DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号嘚时序：初始化时序、读时序、写时序所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备而每一次命令和数据的传输都是从主機主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收数据和命令的传输都是低位茬先。

对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程见图5-13。

对于DS18B20的读时序是从主机把单总线拉低之后在15us之内须释放单总线，以便DSl8B20把数据傳输到单总线上DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us

对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程，见图5-14

对于DS18B20写。时序和写1时序的偠求不同当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us保证DS18B20能够在15~45us之间正确地采集I/O总线上的“0”电平，当要写1时序时单总线被拉低之后，在15usの内须释放单总线

DS18B20的硬件连接（以51单片机为例），DS18B20与单片机的接口极其简单只需将DS18B20的信号线与单片机的一位双向端口相连即可。如图5-15（a）所示此时应注意将VDD、DQ、 GND三线焊接牢固。另外也可用两个端口即接收口与发送口分开，这样读写操作就分开了不会出现信号竞争嘚问题。如图5-15（b）所示此图是采用寄生电源方式，将DS18B20的 VDD与GND接在一起如若VDD脱开未接好，传感器将只送85. 0℃的温度值一般测温电缆线采用屏蔽4芯双绞线，其中一对接地线与信号线另一对接VDD和地线，屏蔽层在源端单点接地

注：以上摘自《传感器与测控电路》第五章第二节。