数字温度传感器DS18B20介绍及应用

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【摘要】本文首先对数字温度传感器ds18b20的内部结构、工作原理做简单的介绍，然后结合DS18B20的性能，对温度传感器DS18B20在电路设计方面的应用做了相应的分析，最后提到DS18B20在使用过程中的注意事项。

【关键词】温度传感器；DS18B20；应用

传统的温度敏感元件是热敏电阻，热敏电阻的优点是成本低，但是热敏电阻需要其他电路进行信号处理，因此可靠性较差，准确度和精确度都大大降低。DS18B20是美国DALLAS公司新推出的一种数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点。DS18B20数字温度传感器可将温度转化成串行数字信息进行9～12位温度读数。使用DS18B20数字温度传感器后，使整个系统结构更趋向简单，同时，可靠性也大大增高。

一、DS18B20的介绍

1.DS18B20的内部结构

DS18B20由四个部分组成：①64位光刻ROM、②温度传感器、③非挥发的温度报警触发器TH和TL、④配置寄存器。64位光刻ROM在温度传感器出厂之前就刻上了64位序列号，它可以看是该温度传感器的地址序列码，每个DS18B20的序列号就如我们的身份证号一样，代表着自己的身份。正一味如此，在同一根总线上可以同时挂接多个温度传感器。DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量。非挥发的温度报警触发器TH和TL是通过将测得的温度值分别于TH和TL进行比较，相应的对主机发出的告警搜索命令作出响应。配置寄存器通过R1、R0位设定温度分辨率。分辨率及使用者设定的报警温度存储在非易失性电擦写EEPROM中，这样，掉电后数据仍然可以保存。

2.DS18B20的测温原理及温度读取

DS18B20利用低温系数振荡器输出的时钟脉冲信号通过由高温系数振荡器产生的门开通周期的计数值来测量温度。

DS18B20在出厂时就设定了分辨率是12位，在读取温度时一共读取16位，其中，前5位数字表示的是符号。例如，若前5位全部为1，则表示此次读取的温度是0°以下，如果前5为全部为0，则读取的温度是0°以上。再把低11位数值由二进制转化为10进制，然后将转化后得出的数值再乘以0.0625，这样得出的数值为最终的温度值。

二、DS18B20的应用分析

DS18B20测温系统有测温系统简单、测量精确度高、连接方便等优点，这些优点就确定了DS18B20广泛应用于测温电路图。

1.DS18B20寄生电源供电方式电路图

在该供电方式下，DS18B20的能量来自于单线信号线上。先将能量储存在DS18B20内部电容里，使用时，再消耗电容内的能量工作。这种电路有以下几个优点，第一，远距离测温时，不需要本地的电源；第二，通过内部电容可以实现在没有常规电源时也可以读取ROM；第三，只需要一根总线就可以进行测温，使电路更加简单。然而，如果使用多个DS18B20在同一根总线上进行多点测温，会出新能量供应不足的情况，这会导致转换后的温度误差较大。因此，这种电路一般只适用于单一温度传感器测温时使用。

2.DS18B20寄生电源强上拉供电方式

为了使DS18B20及时得到充足的电流供应，对电路图做一下改进。当进行温度准换或者存储操作时，将I/O线强上拉到VCC上，在DS18B20发出温度转换或者存储命令后，将I/O线直接转换到改状态下。通过这种方式可以解决电流供应不足的问题，因此，这种店路可以应用在多点测温线路中。

3.DS18B20的外部电源供电方式

在这种供电方式中，电源电流直接由VDD引脚接入，这样就可以保证电流供应充足，保证了温度准换的精确性，也可以通过在一根总线上挂接多个DS18B20来实现多点测温。值得注意的是，在这种电路中，DS18B20的GND引脚必须保证没有悬空，否则无法完成温度转换。在这种有外接电源的轻快下，DS18B20电源电压范围快的优点得到充分地发挥，使温度测量的精确度得到保证。

三、DS18B20的注意事项

DS18B20在使用过程中要注意以下几个方面的问题。

（1）通常情况下，比较小的硬件设施需要其他软件对其进行技术上的补偿，正式因为DS18B20传送数据给微处理器的方式为串行数据传送，所以在进行编程时要严格注意读写时序，否则将造成测温结果无法读取。

（2）由于DS18B20具有代表每一个身份的64位ROM，而且在很多行管资料中只是提及一根总线上可以挂接多个DS18B20，并没有具体说明数量的要求，这就是很多人误以为可以无限挂接任意多个。然而，实际上并非如此，一根总线上挂接DS18B20的数量不能超过8个的，否则就需要解决微处理器的总线驱动问题。这个就需要在设计工作者在设计多点测温系统时多多注意了。

（3）一般情况下，DS18B20的连接总线电缆长度石油要求的。对于普通线号电缆，其传输的长度大于50m后，就会导致测温数据出现错误。如果使用双绞线带屏蔽电缆，传输长度可以达到150m，随着双绞线带屏蔽电缆每米的绞合次数的增加，其传输距离将进一步增加，导致这个现象出现的原因是信号波形由于分布电容而发生畸变所造成的。因此，设计工作者在设计长距离测温系统时就要考虑阻抗与分布电容的相互匹配问题。

（4）一般在DS18B20测温程序中，程序需要等待DS18B20发出了温度的转换命令后再返回信号，这样就需要保证整个线路的通畅完整性，否则，如果出现了线路中断的情况，DS18B20将无法返回信号，程序就会进入循环状态。因此，设计工作者在进行软件的设计和硬件的连接时给予足够的重视。

四、结束语

DS18B20传感器集温度测量、A/D转换于一体，与此同时，具有测量精确度搞、互换性能好、单总线结构、数字量输出等优点，不仅可以作为单路测量温度的装置，也可以进行多点温度测量。这些优点都是DS18B20广泛应用于电子、生产等行业的保障，为现代各个行业的发展提供了有力的技术支持，为人类的进步作出了不容忽视的贡献。

参考文献：

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