一线制数字温度传感器DS18820及其应用

　　1．DS18820的封装与外部引脚

　　DS18820是美国DALLAS公司新推出的热电式半导体数字集成温度传感器。它也是利用半导体PN结在其正常工作温度范围内结电压随温度上升而下降的原理精心设计实现的。DS18820有多种封装形式，其中一种外形与小功率晶体管9012非常相像，体积与一颗绿豆差不多大小。几种形式的封装与引脚定义如图1所示。

　图1　DS18820的几种封装管脚
GND-地；DQ-数据输／k／输出；VDD-电源电压；Nc-空脚

　　2．DS18820内部功能电路模块

　　其内部功能电路模块如图2所示。

　　3．DS18820的主要功能和特点

　　DS18820对外有效引脚仅3条，即电源、地和信号线。其主要功能和特点如下：

图2　DS18820功能块图

　　（1）采用独特的“一线制”通信方式，信号符合TTL电平，无须任何外围器件，可直接和各种单片机或微处理器的I／0引脚相连，为简化系统设计提供了极大的方便；

　　（2）温度测量范围为-55～125℃，在-10～+85℃温度范围内，测量精度可达到±0.5℃；

　　（3）可编程的温度转换分辨率，可根据应用需要在9 bit～12 bit之间选取；

　　（4）在12 bit温度转换分辨率下，温度转换时间最大为750 ms；

　　（5）用户可编程自设置报警温度存入片内非易失性存储器中，实现温度上、下限自动报警功能；

　　（6）电源供电范围3.3～5 V，DS18820的读、写操作以及温度转换期间所需的电能可通过数据线提供，也可由外部电源提供；

　　（7）DS18820采用节能设计，在等待状态下功耗近似为零。

　　4．DS18820的应用

　　（1）硬件接口方法

　　目前DS18820在国内的零售价大约为20元人民币，用于-50～150℃范围内测温，采用特殊的一线制数字串行通信方式，故用于智能化仪器对环境温度的监测非常方便，因不需要配置A／D转换器，所以采用DS18820测温方案成本低廉。图3为DS18820与MCU的两种接口电路。其中（a）为点对点应用电路，DS18820电源端接地；（b）为点对多点应用电路，DS18820电源端接外电源（3～5.5 V）。

　　（2）DS18820的“一线制”串行通信协议

　　DS18820的“一线制”串行通信协议中所有的命令和数据都必须通过一根信号线进行传输，因此，对数据读、写时序有非常严格的要求。DS18820主要读、写时序包括：初始化时序、读操作时序、写操作时序。

（a）应用电路块1

（b）应用电路块2

图3　DS18820典型应用电路

　　DS18820始终作为从设备，通过其信号线随时等待和接受MCU传入的信号。MCU每次读写均先完成初始化时序（包括复位和启动脉冲）。首先在t0时刻，MCU在信号线上发出一个低电平复位脉冲“Reset Plus”（脉冲宽度必须大于480μs并小于960μs），接着在t1时刻CPU释放总线（在信号线上输出高电平）并进入等待接收状态，DS18820在检测到信号线上的上升沿后，等待l5～60μs，接着在t2时刻发出一个低电平启动脉冲“Presence Plus”（脉冲宽度必须大于60 Hs 并小于240 bts），在t3时刻上拉电阻将总线电平拉高，完成总线初始化操作。

　　DS18820的读操作包括：读“0”和读“l”。首先，由CPU将总线由高电平拉至低电平，并至少保持1μs的宽度，在此后的l5μs内CPU对总线进行采样，若为低电平，则读入的位为“0”；若为高电平，则读入的位为“1”。读入连续两位数据的时间间隔应大于lμs。

　　DS18820的写操作包括：写“0”和写“l”。首先，CPU将总线由高电平拉至低电平，并在此后的l5μs内将所需要写的位送至总线上。DS18820在CPU将总线由高电平拉至低电平时刻后的l5～60μs内对总线进行采样，若为低电平，则写入的位为“0”；若为高电平，则写入的位为“0”。连续写入两位数据的时间间隔应大于lμs。

　　DS18820输出或输入（设定报警）温度用两个串行8位字节表示：

　　表1是DS18820测温范围内若干温度与其串行数字对照表。

表1　DS18820若干温度与其串行数字对照表