大鹏 发表于 2017-3-30 16:30
温度控制器需要一次革命
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3.3 DS18B20内部结构
图3-2DS18B20内部结构
DS18B20内部结构主要由4部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。（如图3-2）
光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
64位光刻ROM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（CRC=X8+X5+X4+1）。
DS18B20温度传感器的存储器。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EEPROM，后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。
图3-3DS18B20的存储器
DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。即所测温度值为T=T*0.0625。
DS18B20温度值格式如表3-1所示。高五位都是符号位，在读取温度时只需MSB中的低四位和LSB的整个字节。如果需要作温度校验，就需要将整个暂存器的9个字节都读完，并且当传感器存储的CRC值与总线控制器计算出的CRC不符时，自身没有停止序列传输的电路。这部分是需要设计者自行设计的。
表3-1 温度寄存器格式
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用来设置分辨率，如表所示（DS18B20出厂时被设置为12位）。
3.4 DS18B20的时序
与DS18B20间的任何通讯都需要以初始化序列开始，一个复位脉冲跟着一个存在脉冲表明DS18B20已经准备好发送和接收数据。
在初始化序列期间，总线控制器拉低总线并保持480us以发出（TX）一个复位脉冲，然后释放总线，进入接收状态（RX）。单总线由5K上拉电阻拉高电平。当DS18B20探测到I/O引脚上的上升沿后，等待15-60us，然后发出一个由60-240us低电平信号构成的存在脉冲。总线控制器初始化写时序后，DS18B20在一个15us到60us的窗口内对I/O线采样。如果线上是高电平，就写1。低电平就写0。
图3-4DS18B20初始化时序图
写时序有写0和写1两种。总线控制器通过写1时序写逻辑1到DS18B20，写时序写逻辑0到DS18B20。所有写时序必须最少持续60us，包括两个写周期间至少1us的恢复时间。当总线控制器把数据线从高电平拉到低电平时，写时序开始。
总线控制器要产生一个写时序，必须把数据线拉到低电平后释放，在写时序开始后的15us释放总线。当总线被释放的时候，5k的上拉电阻将拉高总线。总控制器要生成一个写0时序，必须把数据线拉到低电平并持续保持至少60us。
所有的读时序必须最少60us，包括两个读周期间至少1us的恢复时间。当总线控制器把数据线从高电平拉到低电平时，读时序开始，数据线必须至少保持1us，然后总线被释放。在总线控制器发出读时序后，DS18B20通过拉高或拉低总线上来传输1或0、当传输逻辑0结束后，总线将被释放，通过上拉电阻回到上升沿状态。从DS18B20输出的数据等到时序的下降沿出现后15us内有效。因此，总线控制器在读时序开始后必须停止把I/O脚驱动为低电平15us，以读取I/O脚状态。
图 3-5 DS18B20读写时序图
3.5 DS18B20的工作原理
DS18B20测温原理如图3-6所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重 新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3-6中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。
图3-6 DS18B20温度测量原理图
3.6 DS18B20的性能特点
（1） 采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9位二进制数，含符号位）；
（2） 测温范围为-55℃——+155℃，测量分辨率为0.0625℃；
（3） 内含64位经过激光修正的只读存储器ROM；
（4） 适配各种系统；
（5） 用户可分别设定各路温度的上、下限；
（6） 内含寄生电源；
（7） 零待机功耗 ；
（8） 可通过数据线供电，电压范围为3.0～5.5Ｖ；
（9） 负电压特性，电源极性接反时，不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
