51单片机的温度自动记录仪系统设计+电路图+源码(4)
DS18B20的特点如下：
(1) 独特的单总线接口只需要一个通信端口引脚[6]。
(2) 每个设备都有一个独特的64位串行码存储在ROM上板。
(3) 多点能力，简化了分布式温度传感应用。
(4) 无需外部元件；可通过数据线供电；电源电压范围为3.0V至5.5V。
(5) 测量温度从55°C ~125°C（67°F ~ 257°F）；精度为±0.5°C。
(6) 温度计的分辨率是用户可选择从9位到12位；将温度转换为12位数字在750ms（最大）。
(7) 用户可定义的易失性（NV）设置报警；报警搜索命令和地址识别设备的温度是外部程序限制（温度报警状态）。
(8) 可在8引脚SO，8引脚SOPu和3引脚TO-92封装。
(9) 应用范围包括恒温控制系统，工业、消费品、温度计或者任何热敏感系统。
3.2.2 DS18B20封装及管脚
DS18B20采用3脚封装或者8脚封装，DS18B20的管脚及封装图如图6所示 。
图6 DS18B20的管脚及封装
3.2.3 DS18B20与MCU接口设计
(1)DS18B20寄生电源供电
图7 DS18B20的寄生电源供电方式
在寄生电源供电模式下，能量从DS18B20单信号线吸收。DS18B20的寄生电源供电方式如图7所示。在信号线的DQ处于高电平的时候可以把能量储存在内部电容里，而消耗电容上的电能工作在信号线处于低电平的时候，直到高电平的到来再给电容充电。
寄生电源的优点：
① 远程温度检测不需要本地电源；
② 没有电源的情况下也能完成ROM的读操作。
为了使DS18B20得到精确的温度转换[7]，I/O线必须在温度转换期间提供足够的能量，因为DS18B20在温度转换的时候工作电流达1mA，当几个温度传感器挂在同一根I/O口线进行多通道温度采集处理时，只有4.7KΩ上拉电阻不能提供足够的能量，不然将导致温度误差太大或者无法进行温度转换。因此，该电路适用于一个单一的温度传感器测量的条件下使用，不适合电池供电系统。
(2) DS18B20 寄生电源强力上拉供电方式
DS18B20的强力上拉供电方式如图8所示。
图8 DS18B20的强力上拉供电方式
为了使DS18B20在动态转换周期中以获得足够的电流供应，当操作温度转换或拷贝到E2内存时，使用MOSFET把I/O线直接接到VCC可提供足够的电流。在发出涉及任何复制到E2存储器或启动温度转换指令后，必须在最多10μs内把I/O线转换到强上拉状态。在强力上拉方式下能解决当前电流供应不上问题，所以它适用于多通道采集处理中的应用，缺点是多占用一个I/O口线进行强力上拉切换。
(3) DS18B20 外部电源供电方式
DS18B20的外部电源供电方式如图9所示。DS18B20的I/O线不需要强力上拉，没有电流供应不足的问题，可以保证转换精度，在总线理论上同时可以挂接任何数量的DS18B20传感器，组成的多通道温度采集处理系统。注意：在外部电源供电方式下，DS18B20引脚GND不能悬空，否则无法转换温度，温度总是为85℃。
图9 DS18B20 的外部电源供电方式
3.2.4 DS18B20的测温原理
DS18B20的测温原理图如图10所示。
图10 DS18B20的测温原理图
高温度系数的振荡频率随着温度变化发生明显改变[8]，而这时所产生的信号被当做计数脉冲输入2。温度寄存器和计数器1设定对应于-55℃基数值。对于低温度系数的晶体用计数器1为减法计数脉冲信号，在计数器1的预置值减为0的情况下，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将被重新加载，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，DS18B20测温原理的停止温度寄存器的值的累加，那么温度寄存器中的数值即是测得的温度。