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DS18B20

分辨率可编程的单总线数字温度计

特征

(1)独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯。

(2)简单的多点分布式测温应用。

(3)无需外部器件。

(4)可通过数据线供电。供电范围为3.0V到5.5V。

(5)无需备用电源。

(6)测温范围为-55°C到 125°C。华氏温度为-67°F到 257°F。

(7)温度在-10°C到 85°C范围内精确度为plusmn;0.5°C。

(8)温度计分辨率可从9位到12位编程。

(9)最多在750毫秒内将温度转换为12位字节的数据。

(10)用户可定义的非易失性温度报警设置。

(11)报警搜索命令识别并标志超过程序限度温度（温度报警条件）的器件。

(12)应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测量系统。

描述

DS18B20数字温度传感器提供9到12位温度读数，指示器件的温度。

信息经过单线接口送入或送出DS18B20，因此在中央处理器和DS18B20之间仅需连接一条线（加上地线）。读写和执行温度转换的能量由数据线本身提供，而不需要外部电源。

因为每一个DS18B20包含唯一的系列号，所以任意多个DS18B20可以存在于同一条单线总线上。这允许在许多不同的地方放置温度传感器。这些特性的应用包括空调环境控制，建筑物、设备或机械内的温度检测，以及过程监视和控制中的温度检测。

详细管脚说明 表1

DS18B20Z (8-pin SOIC)：表中没有列出来的引脚不连接。

概述

图1的方框图表示DS18B20的主要部件。 DS18B20有四个主要的数据部件： 1）64位的光刻ROM 2）温度传感器 3）非易失性温度报警触发器TH和TL 4）配置寄存器设备。该装置信号线高的时候，内部电容器储存能量通过单线通信线路给器件供电，而且在低电平期间为器件供电直至下一个高电平的到来重新充电。作为替代方案，DS18B20也可能是3V-5.5V的外部电源供电。

DS18B20的通信是通过一个单线端口。由于单线端口，在ROM功能协议已经成立之前内存和控制功能将无法使用。主机必须先提供五个ROM功能命令之一：1）读ROM 2）匹配ROM命令 3）搜索ROM 4）跳过ROM或5）报警搜索。这些命令对每一个器件的64位光刻ROM部分进行操作。如果在单线上有许多器件，那么可以挑选出一个特定的器件，并给总线上的主机指示存在多少器件及其类型。在成功地执行了ROM操作序列之后，可使用存储器和控制操作。然后主机可以提供六种存储器和控制操作命令中的任意一个。

一个操作命令指示DS18B20完成温度测量。该测量的结果将放入DS18B20的高速暂存存储器，通过发出读暂存存储器的操作命令可以读出此结果。每一温度告警触发器TH和TL构成一个字节的EEPROM。如果不对DS18B20施加告警搜索命令，这些寄存器可以作为通用的用户存储器。这个暂存器还包含一个配置字节来设置温度转换数所需的分辨率。写触发器TH，TL和配置字节是通过一个存储器功能命令被使用的。读访问这些寄存器要通过暂存器，所有数据读取和写入最低有效位在前。

DS18B20的框图 图 1

寄生电源

方框图（图1）显示寄生电源电路。 当I/O或VDD引脚为高电平时，这个电路获得电源。只要符合指定的定时和电压要求，I/O将提供足够的功率（标题为“单总线系统”一节）。寄生电源的优点是双重的：1）利用此引脚，远程温度检测无需本地电源，2）缺少正常电源条件下也可以读ROM。

为了让DS18B20能够完成准确的温度变换，当发生温度变换时，I/O线上必须提供足够的功率。因为DS18B20的工作电流高达1mA，5K的上拉电阻将使I/O线没有足够的驱动能力。如果几个DS19B20在同一条I/O线上而且试图同时变换，这个问题会特别严重。

有两种方法保证DS18B20在其有效变换期内有足够的电源电流。第一个是当温度转换或拷贝到Esup2;内存时，在DQ线上提供一个强大的上拉电阻。这是通过使用一个MOSFET直接提拉DQ线到供电电压完成的，如图2所示。在发出涉及复制到Esup2;存储器或启动温度转换的任何协议之后，I/O线必须在10秒以内切换到强上拉。使用寄生电源模式时，VDD引脚必须连接到地。

向DS18B20提供电流的另一种方法是通过使用连接到VDD引脚的外部电源，如图3所示。其优点是I/O线不需要强上拉电阻，总线上主机不需要向上连接便在温度变换期间使线保持高电平。这就允许在变换时间内其他数据在单线上传送。此外，在单线总线上可以放置任何数目的DS18B20，而且如果他们都使用外部电源，那么通过发出跳过ROM命令和接着发出变换T命令可以同时完成温度变换。注意只要外部电源处于工作状态，地引脚不可悬空。

不建议在100℃以上使用寄生电源，因为DS18B20在这些温度下表现出更高的漏电流可能无法维持通信。对于应用中，这样的温度下是可能的，强烈建议将VDD应用于DS18B20中。

对于总线主机不知道总线上的DS18B20是寄存器供电还是外部电源供电的情况下，DS18B20中规定了使用的电源方案。总线主机可以通过发送跳过ROM协议，然后发出读取电源命令来确定是否有任何需要强上拉的总线上的DS18B20。发出此命令后，主机会发出读取时隙。如果寄存器供电，DS18B20将在单线总线上发回“0”，如果从VDD引脚供电，它将发回“1”。如果主机接收到“0”，则知道在温度转换期间，它必须在I/O线路上提供强上拉电阻。有关此命令协议的更多详细信息,请参见“内存命令功能”部分。

强上拉在温度变换期间内向DS18B20供电 图2

使用VDD提供温度变换所需电流 图3

操作-测量温度

DS18B20的核心功能是它直接的数字温度传感器。DS18B20的分辨率是可以配置的。（9,10,11,或12位），出厂默认状态为12位。这相当于0.5℃，0.25℃，0.125℃或0.0625℃的温度分辨率。在转换T[44h]命令之后，执行温度转换，热数据以符号拓展的16位二进制格式储存在暂存器存储器中。一旦执行了转换，就可以通过发出读暂存器[BEh]命令，通过单线接口检索温度信息。数据通过单线总线传输，最低有效位优先。温度寄存器的最高有效位中包含“符号”（s）位，表示温度是正还是负。

表2描述了输出数据与温度测量的确切关系。该表假设为12位分辨率。如果DS18B20配置为较低分辨率，则无效位将包含零。对于华氏度的使用，必须使用查找表或转换程序。

温度/数据关系 表2

操作-报警信号

DS18B20进行温度转换后，将温度值与存储在TH和TL中的触发值进行比较。由于这些寄存器仅仅是8位，所以比较位9-12将被忽略。TH和TL的最高有效位直接对应于16位温度寄存器的符号位。如果温度测量的结果高于TH或低于TL，则会在设备内部设置报警装置。每个温度测量更新此标志。只要设置了报警标志，DS18B20将响应报警搜索命令。这允许许多DS18B20并联进行温度测量。如果温度超过限制，则可以立即识别和读取报警装置，而无需读取非报警装置。

64位光刻ROM

每一DS18B20包括一个唯一的64位长的ROM编码。开始的8位是单线产品系列编码（DS18B20编码是10h）。接着的48位是唯一的序列号。最后8位是前56位的CRC（见图5。）64位ROM和ROM操作控制部分允许DS18B20作为一个单线器件工作并遵循”单线总线系统“一节中所详述的单线协议，直到ROM操作协议被满足。DS18B20控制部分的功能是不可访问的。单线总线主机必须首先操作五种ROM操作命令中的一个：1）读ROM ，2）匹配ROM， 3）搜索ROM，4）跳过ROM或5）报警搜索。在ROM功能序列成功执行之后，可以访问DS18B20专用的功能，然后总线主机可以提供留个存储器和控制功能命令之一。

CRC的生成

DS18B20具有存储在64位ROM中最高有效字节的8位CRC。总线主机可以从64位ROM的前56位计算一个CRC值，并将其与存储在DS18B20中的值进行比较，以确定总线主机是否已经无误地接收到ROM数据，该CRC的等效多项式函数为：

CRC = X8 X5 X4 1

DS18B20还使用上述相同的多项式函数生成8位CRC值，并将该值提供给总线主机以验证数据字节的传输。 在使用CRC进行数据传输验证的每种情况下，总线主机必须使用上面给出的多项式函数来计算CRC值，并将计算值与存储在64位ROM部分中的8位CRC值进行比较 DS18B20（用于ROM读取）或DS18B20中计算的8位CRC值（读取暂存器时为第九个字节）。 总线主机完全确定CRC值的比较和继续操作的决定。 如果DS18B20存储或计算出的CRC与总线主机产生的值不匹配，DS18B20内部没有电路可以防止命令序列进行。

单线CRC可以使用由移位寄存器和异或门组成的多项式发生器来产生，如图7所示。关于达拉斯单线循环冗余校验的附加信息可在应用笔记27中获得，标题为“了解和使用循环冗余 与达拉斯半导体触摸屏产品检查。

移位寄存器位被初始化为0。然后从系列代码的最低有效位开始，每次1位移入。在输入系列代码的第八位后，输入序列号。在输入序列号的第48位之后，移位寄存器包含CRC值。在CRC的8位中移位应该将移位寄存器所有返回到0。

64位光刻ROM 图4

ROM功能流程图 图5

单线CRC码 图6

存储器

DS18B20的存储器组成如图8所示。存储器由暂存器RAM和非易失性, 电可擦 (E2) RAM组成，其储存高温触发器TH和低温触发器TL以及配置寄存器。当通过单总线进行通信时，便携式存储卡有助于确保数据的完整性。首先使用写入暂存器[4Eh]命令将数据写入暂存器。然后可以使用读取暂存器 [BEh]命令验证。数据验证后，复制暂存器[48h]命令将数据传输到非易失性（E2）RAM。 此过程在修改内存时确保数据完整性。

暂存器被组织为8个字节的存储器。前两个字节分别包含测量温度信息的最高有效位和最低有效位。第三个和第四个字节是TH和TL的易失性拷贝，并在每次上电复位时刷新。配置寄存器将在数据表的本部分的后面进行更详细的说明。 第六，第七和第八个字节用

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