新型温度传感器DS18B20高精度测温的实现刘雪松,程显侠,王沈波(东北微电子研究所,沈阳110032)
摘 要 介绍了一种数字式的温度传感器DS18B20,提出了一种基于89C2051的测温电路及软件框图在内的实现方法。关键词 数字式温度传感器 DS18B20 时间片 89C2051
AccomplishmentofMeasuringTemperaturewithNewTypeofTemperatureSensorLiuXuesong,etal(NortheastMicroelectronicsInstitute,Shenyang110032)
Abstract NotonlyisanewtypeoftemperaturesensorDS18B20introduced,butalsoanew
methodbothusingacircuitwith89C2051andcoveringframeworkofsoftwareisproposedinthispaper.Keywords digitaltemperaturesensor,DS18B20,timeslot,89C2051
1 引 言随着现代信息技术的飞速发展,能够独立工作的温度检测系统已经应用于诸多领域。传统的温度检测,需要很好地解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移问题。在接口上需要AD转换器,因此造成结构复杂且成本高,调试也繁琐,测量温度的精度也很低。DALLAS公司最新推出的DS18B20数字式温度传感器是DS1820的更新产品,与其不同之处,是它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现精度12～116的四级转换,可以分别在93.75ms和750ms内将温度值转化9位和12位的数字量。因而在使用性方面比DS1820更趋简单,可靠性更高。2 DS18B20的特性DS18B20是一种数字式的温度传感器,在其内部使用了在板(On-Borad)专利技术。使其具有以下特性:・单线接口,只需一根口线与CPU连接;・不需要外部元件,不需要备份电源,可用数据线供电;・支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上;・温度测量范围从-50℃～125℃;・通过编程可实现12～116的四级精度转换;
・在93.75ms和750ms内将温度值转化9位和12位的数字量;
・用户可自设定非易失性的报警上下限值;
・报警搜索命令可以识别哪片DS18B20温度超限;
・芯片本身带有命令集和存储器。
3 DS18B20的存储器及测得温度值DS18B20内部存储器包括9个连续字节的高速暂存RAM和存放高温和低温触发器TH、TL和结构寄存器的非易失性电擦除RAM,其中RAM结构由:温度的低位字节、温度的高位字节、TH使用字节、TL使用字节、结构寄存器使用字节、保留字节、CRC校验字节组成。3.1 暂存RAM前两个子节代表的数据格式
温度低位字节(LSB)
D3D2D1D0C3C2C1C0
刘雪松,男,29岁,工程师,主要从事电路系统设计及计算机系统开发收稿日期:2001-08-22
第2期2002年5月微 处 理 机
MICROPROCESSORSNo.2May,2002
© 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.温度高位字节(MSB)
SSSSSD6D5D4 当S=0,则T≥0
T=64D6+32D5+16D4+8D3+4D2+2D1+D0+12C3+14C2+18C1+116C0当S=1,T<0,值为补码,如表1所示。表1 温度对应值温度数字输出(二进制)数字输出(十六进制)+85℃0000010101010000550h
+25.0625℃0000000110010001191h
0℃00000000000000000h
-10.125℃11111111010111100ff5eh
3.2 结构寄存器的数据格式其内容用于确定温度值的数字转换分辨率。该字节各位的意义如下:
TMR1R011111MSBLSB 低五位一直都是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用来设置分辨率,如表2所示。表2 结构寄存器R0与R1的设置R1R0分辨率最大转换时间009位93.75ms
0110位187.5ms
1011位375ms
1112位750ms
4 读写时序数值输出的单线温度传感器直接以串行方式输出测得的温度数值,并且用该线获取主机的命令,其时序非常重要,它包括复位、写时间片和读时间片。复位:主机将写数据线拉低480～960Λs后释放,DS18B20等待15～60Λs后,即可输出一低电平持续60～240Λs,主机收到应答后即可对其进行其它操作,如图1所示。
图1 复位写时间片:当主机将数据线从高拉到低时,形成写时间片,有写0和写1两种。时间片开始时,
DS18B20在15～60Λs期间进行采样。每个时间片间必须有最小1Λs的恢复期(拉高),如图2所示。
图2 写时间片读时间片:当主机从DS18B20读取数据时,产生读时间片。当主机将数据线从高拉到低时,读时间片被初始化,并且此后的15Λs之内,DS18B20将有效数据输出至口线,主机必须在此时间范围内进行采样。每个读时间片最小周期为60Λs且必须有最小1Λs的恢复期(拉高),如图3所示。
图3 读时间片5 典型应用我们选用单片机89C2051作为MCU,它是20
引脚、价格便宜的FlashROM型单片机。具有与MCS-51完全兼容的指令系统,因此系统硬件设计简单,软件设计也十分方便,电路框图如图4所示。
图4 电路框图软件主要由复位子程序、读写子程序、定时子程序、数据转换子程序及显示子程序构成,部分程序流程分别如图5～图8所示。
6 结束语DS18B20能够很好的解决传统温度传感器的一些常见问题,并且可在一线上多点测温,使用简单;电路及源程序都经过调试,运行良好。
・21・微 处 理 机2002年
© 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.参考文献1 何利民.单片机应用技术选编(6).北京:北京航空航天大学出版社,19972 DallasSemiconductorDataBooks.DallasSemiconductorCorporation,20003 ATMELAT89C2051技术手册.AtmelCorporation,20004 高世海等.温度传感器及其与微处理器接口.电子技术应用,2001,(3):64
(上接第6页)国内IGBT和功率MOSFET的芯片的生产线到现在为止还未建起来。这些器件的加工条件与大规模集成电路是相似的,一条国际水平的芯片生产线需要数亿美元,国内还未掌握生产技术和市场,这就是芯片生产线未建成的原因。国内有些企业引进IGBT和功率MOSFET的芯片,国内封装。在IGBT和功率MOSFET开发方面,国内一些高等院校和科研院所做了不少的工作,取得了成绩。成都电子科技大学在功率MOSFET研究方面取得突出成果,他们打破了传统功率MOSFET理论极限,提出CoolMOS新型功率MOSFET理论,受到国际上重视。一些科研院所设计定型数种功率MOSFET和IGBT产品。这都将为今后国内生产这些器件打下基础。6 国内发展半导体电力电子器件展望现代半导体电力电子器件越来越广泛地应用于通信、自动控制等各个领域,而国内目前的生产规模显然满足不了需要,因此需要大力发展新型半导体电力电子器件,同时也需要继续发展传统半导体电力电子器件产业。因此,在未来几年内,国内应建立一批IGBT、功率MOSFET大型生产企业。除国外独资企业外,还应建立自己的半导体电力电子器件研发和生产企业。国内应积极发展双极型半导体电力电子器件。虽然新型压控电力电子器件的市场占有率逐年增加,但电力电子器件应用广泛,双极型电力电子器件成本低,在大容量器件方面占有一定优势。双极型半导体电力电子器件在相当长的时间内仍然会占有一定的市场份额。国内现有20多条生产集成电路的芯片生产线有一些可以生产晶闸管、GTO、GTR中的高档产品,为国内批量生产高档传统双极型电力电子器提供了有利条件。国际上发达国家已不生产一般晶闸管、双极分立器件产品,减少了该领域的竞争对手,为在国内大力发展双极型半导体电力电子器件提供了机会。参考文献1 华伟.新型功率MOS器件结构与性能特点.半导体技术,2001.7;27～30
2 张波.功率半导体技术的发展浪起潮涌.世界产品技术.2002.2
・31・ 2期刘雪松等:新型温度传感器DS18B20高精度测温的实现
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