单线数字温度传感器的原理与应用

2006-05-07 15:49:42来源: 电子技术应用

    摘 要:介绍单线数字温度传感器DS1820的特性及工作原理,给出了DS1820与89C51单片机接口的应用实例,以及由DS1820组成温度检测系统的方法,并给出了对DS1820进行各种操作的软件流程图。

    关键词: 单线制(1-Wire) 时隙 A/D变换    

    美国DALLAS公司生产的单线数字温度传感器DS182,可把温度信号直接转换成串行数字信号供微机处理。由于每片DS1820含有唯一的硅串行数所以在一条总线上可挂接任意多个DS1820芯片。从DS1820读出的信息或写入DS1820的信息,仅需要一根口线(单线接口)。读写及温度变换功率来源于数据总线,总线本身也可以向所挂接的DS1820供电,而无需额外电源。DS1820提供九位温度读数,构成多点温度检测系统而无需任何外围硬件。

    本文给出了DS1820与89C51单片机接口的应用实例和DS1820组成温度检测系统的方法,并给出了对DS1820进行各种操作的软件流程图。

    1 DS1820的特性

    ·单线接口:仅需一根口线与MCU连接

    ·无需外围元件

    ·由总线提供电源

    ·测温范围为-55℃~75℃,精度为0.5℃

    ·九位温度读数

    ·A/D变换时间为200ms

    ·用户自设定温度报警上下限,其值是非易失性的

    ·报警搜索命令可识别哪片DS1820超温度限

    2 DS1820引脚及功能

    DS1820的引脚见图1(PR35封装)。

    GND:地;

    DQ:数据输入/输出脚(单线接口,可作寄生供电);

    VDD:电源电压。

    3 DS1820的工作原理

    DS1820的内部结构如图2所示。由图2可知,DS1820由三个主要数字器件组成:

    ① 64bit闪速ROM;②温度传感器;③非易失性温度报警触发器TH和TL。64bit闪速ROM的结构如下:

   

    它既可寄生供电也可由外部5V电源供电。在寄生供电情况下,当总线为高电平时,DS1820从总线上获得能量并储存在内部电容上当总线为低电平时,由电容向DS1820供电。

   DS1820的测温原理:内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲计数,低温时振荡器的脉冲可以通过门电路,而当到达某一设置高温时振荡器的脉冲无法通过门电路。计数器设置为-55℃时的值,如果计数器到达0之前,门电路未关闭,则温度寄存器的值将增加,这表示当前温度高于-55℃。同时,计数器复位在当前温度值上,电路对振荡器的温度系数进行补偿,计数器重新开始计数直到回零。如果门电路仍然未关闭,则重复以上过程。温度表示值为9bit,高位为符号位,其结构如下:

   

    对DS1820的使用,多采用单片机实现数据采集。处理时,将DS1820信号线与单片机一位口线相连,单片机可挂接多片DS1820,从而实现多点温度检测系统。

    系统对DS1820的操作以ROM命令和存储器命令形式出现。

    3.1 ROM命令代码及其含义

    ·READROM命令代码[33H]:如果只有一片DS1820,可用此命令读出其序列号,若在线DS1820多于一个,将发生冲突。

    ·MATCHROM命令代码[55H]:多个DS1820在线时,可用此命令匹配一个给定序列号的DS1820,此后的命令就针对该DS1820。

    ·SKIPROM命令代码[CCH]:此命令执行后的存储器操作将针对在线的所有DS1820。

    ·SEARCHRDH命令代码[F0H]:用以读出在线的DS1820的序列号。

    ·ALARMSEARCH命令代码[ECH]:当温度值高于TH或低于TL中的数值时,此命令可以读出报警的DS1820。

    3.2 存储器操作命令代码及其含义

    · WRITESCRATCHPAD命令代码[4EH]:写两个字节的数据到温度寄存器。

    · READSCRATCHPAD命令代码[BEH]:读取温度寄存器的温度值。

    ·COPYSCRATCHPAD命令代码[48H]:将温度寄存器的数值拷贝到EERAM中,保证温度值不丢失。

    ·CONVERT命令代码[44H]:启动在线DS1280做温度A/D转换。

    ·RECALL EE命令代码[B8H]:将EERAM中的数值拷贝到温度寄存器中。

    ·READPOWERSUPPLY命令代码[B4H]:在本命令送到DS1280之后的每一个读数据间隙,指出电源模式:“0”为寄生电源;“1”为外部电源。

    DS1820单线通信功能是分时完成的,它有严格的时隙概念。因此系统对DS1820的各种操作必须按协议进行。操作协议为:初始化DS1820(发复位脉冲)→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。各种操作的时序图如图3和图4所示。

    4 温度检测系统原理及程序流程图

    温度检测系统原理图如图5所示,采用寄生电源供电方式。为保证在有效的DS1820时钟周期内,提供足够的电流,我们用一个MOSFET管和89C51的一个I/O口(P1.0)来完成对DS1820总线的上拉。当DS1820处于写存储器操作和温度A/D变换操作时,总线上必须有强的上拉,上拉开启时间最大为10μs。采用寄生电源供电方式时VDD必须接地。由于单线制只有一根线,因此发送接收口必须是三态的,为了操作方便我们用89C51的P1.1口作发送口Tx,P1.2口作接收口Rx。通过试验我们发现此种方法可挂接DS1820数十片,距离可达到50米,而用一个口时仅能挂接10片DS1820,距离仅为20米。同时由于读写在操作上是分开的故不存在信号竞争问题。

    无论是单点还是多点温度检测,在系统安装及工作之前,应将主机逐个与DS1820挂接,读出其序列号。其工作过程为:主机Tx发一个脉冲,待“0”电平大于480μs后,复位DS1820,待DS1820所发响应脉冲由主机Rx接收后,主机Tx再发读ROM命令代码33H(低位在前),然后发一个脉冲(15μs)并接着读取DS1820序列号的一位。用同样方法读取序列号的56位。对于图5系统的DS1820操作的总体流程图如图6所示。它分三步完成:①系统通过反复操作,搜索DS1820序列号;②启动所有在线DS1820做温度A/D变换;③逐个读出在线DS1820变换后的温度数据。主机启动温度变换并读取温度值的详细流程图如图7所示;主机写入存储器数据详细流程图如8所示。当有更多的检测点需要测温时,可利用89C51的其它口进行扩展。同时,也可利用89C51的串行通信口(RXD,TXD)与上位计算机进行通信,从而构成微机温度测量系统网。

 

关键字:数字  原理  应用

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/zhzx/200605/2214.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
数字
原理
应用

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved