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DS18B20

器件型号:DS18B20
器件类别:传感器    温度传感器   
厂商:UMW(友台半导体)
友台半导体有限公司是专业从事集成电路及半导体分立器件的设计、生产制造和销售的一体式高新科技企业。公司成立于2009年,是一家中台合资企业,生产基地位于深圳市坪山新区,一直专心致力于集成电路产业的发展,力求为客户提供性能优异和供需及时的产品。公司产品主要在电源管理IC,音频功放,LED驱动,低功耗LDO,三端稳压,MOS管,光耦,整流桥,马达驱动等 ;主要应用范围:机顶盒、便携式电子产品、音响及车载导航、电子称、LED照明、遥控玩具、安防产品、空气净化器、医疗器械、蓝牙产品、电动玩具、通讯产品和电池供电产品等各领域。公司始终坚持‘以诚待人,以信立企’,秉承“全面超越用户需求”的理念,不断努力为用户提供超满意性价比的产品和服务。
厂商官网:http://www.umw-ic.com/
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DS18B20产品介绍

UMW
特点
R
UMW DS18B20
概述
单总线接口,节约布线资源
应用简单,无需额外器件
½换温度时间 500ms
可编程 9~12 ½数字输出
½供电电压范围
2.5V-5.5V
每颗芯片有可编程的 ID 序列号
用户可自行设½报警值
超强 ESD 保护½力(HBM>8000V)
典型待机电流功耗 1µA@3V
典型换电流功耗 0.6mA@3V
DS18B20
是一款高精度的单总线温度测量芯
片。温度传感器的测温范围为-55°C 到+125°C;根
据用户需要通过配½寄存器可以设定数字½换精度
和测温速度。芯片内½ 4byte 非易失性存储单元供
用户½用,2byte 用于高½温报警,另外 2byte 用
于保存用户自定义信息。在-10°C 到+85°C 范围内
最大误差为±
0.4
°C 。
用户可自主选择电源供电模式和寄生供电模式。
单总线接口允许多个设备挂在同一总线,该特性½
DS18B20H
也非常便于部½分布型温度采集系统。
管脚图和管脚描述
MSOP8
典型应用
便携应用,手机与穿戴设备
温度监控
粮情监测
智½家电系统
水温测量
建筑、设备或机房内部温度监测系统
过程监测和控制系统
引脚名称
GND
DQ
VDD
地线
单总线通信接口,寄生模式时供电端口
电源线(2 线通信时接地,以保证芯片
内正确识别 VDD 状态)
功½
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1
友台半导½有限公司
UMW
R
UMW DS18B20
V
PU
存储控制逻辑
4.7K
寄生电源
电路
64½
ROM
单总线
接口
DS18B20
温度传感器
报警触发(T
H
T
L
寄存器(E
2
PROM)
内部V
DD
暂存器
配½寄存器
(E
2
PROM)
2字节用户寄存器
(E
2
PROM)
供电
感应
8½循环冗½校验
产生器
图 1 DS18B20 框图
结构框图
图 1 是 DS18B20 的原理框图。64 ½ ROM 存
储了器件的唯一序列码。暂存器包含了两个字节的
温度寄存器,存储来自于温度传感器的数字输出。
另外,暂存器提供了一高一½两个报警触发阈值寄
存器(TH 和 TL)
。配½寄存器允许用户设定温度数
字½换的分辨率为 9,10,11 或 12 ½。2 个字节的
用户可编程 E2PROM 是非易失性存储,
器件掉电时
数据不会失去。
DS18B20 ½用单总线协议,
总线通讯通过一根
控制信号线实现。控制线需要一个弱上拉电阻这样
所有 的器 件½ 通过 三态 或者 开漏 极端 口( 就是
DS18B20 的 DQ 引脚)
连接到总线上。
在这个总线
系统中,单片机(主机)通过每个器件的唯一 64 ½
编码识别并寻址总线上的器件。因为每个器件½有
唯一的编码,实际上挂在总线上并可以被寻址的设
备数量是无限的。单总线协议,包括详细的指令与
时隙描述在
单总线系统
章节有详细描述。
DS18B20 的另一个特点是其可以不需要额外
供电运行。这种情况下供电是总线为高的时候,通
过单总线在 DQ 引脚上的上拉电阻提供给器件的。
总线高信号对一个内部电容充电,然后在总线½的
时候,内部电容就会维持对器件供电。这种从单总
线获取电 源的方 法被 称为“ 寄生供 电” ½然
DS18B20 也可以通过 VDD 由外部供电。
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2
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UMW
R
UMW DS18B20
果 DS18B20 由寄生电源供电,则不½½用此通知
技术,
因为总线在整个温度½换期间必须被强上拉。
寄生电源下对总线的要求,在
给 DS18B20 供电
节中有详细解释。
DS18B20 的温度输出数据是摄氏
度格式,对于华氏度的应用,必须½用查表或½换
子程序。
温度数据存储为 16 ½符号扩展温度寄存器
中的二进制补码(见图 2)
。符号½(S)指示温度为
正或负:对于正数 S = 0,对于负数 S = 1。如果
DS18B20 配½为 12 ½分辨率,温度寄存器中的所
有½½将包含有效数据。
对于 11 ½分辨率,½ 0 未定义。对于 10 ½分
辨率,½ 1 和 0 未定义,对于 9 ½
分辨率½ 2,1 和 0 未定义。表 1 给出了在 12
½分辨率½换条件下,数字输出数据的示例以及相
应的温度读数
运行-测量温度
DS18B20 的核心功½是直接数字测温。
温度传
感器的分辨率是 9,10,11,12 ½用户可配½的,对
应的温度分度分别是 0.5°C, 0.25°C, 0.125°C, 和
0.0625°C。上电后的默认分辨率是 12 ½。
DS18B20 在½功耗空闲状态下上电,
要启动温
度测量和模数½换,
主机必须发出 Convert T [44h]
指令。½换之后,产生的温度数据被存储在暂存器
的 2 个字节的温度寄存器中然后 DS18B20 返回空
闲状态。如果 DS18B20 从外部供电,主机可以在
Convert T [44h] 指令后发布
“读时隙”
指令(参考
,然后 DS18B20 发回响应,若温
单总线系统
章节)
度½换还在进行中为 0,
若已完成温度½换为 1。
LS 字节
MS 字节
ADDR
0
1
bit7
2
3
bit15
S
bit6
2
2
bit14
S
bit5
2
1
bit13
S
bit4
2
0
bit12
S
bit3
2
-1
bit11
S
bit2
2
-2
bit10
2
6
bit1
2
-3
bit9
2
5
bit0
2
-4
bit8
2
4
图 2 温度寄存器格式
温度(°C)
+125
+85*
+25.0625
+10.125
+0.5
0
-0.5
-10.125
-25.0625
-55
数字输出(二进制)
0000 0111 1101 0000
0000
0000
0000
0000
0000
1111
1111
1111
1111
0101
0001
0000
0000
0000
1111
1111
1110
1100
0101
1001
1010
0000
0000
1111
0101
0110
1001
0000
0001
0010
1000
0000
1000
1110
1111
0000
数字输出(16 进制)
07D0h
0550h
0191h
00A2h
0008h
0000h
FFF8h
FF5Eh
FE6Fh
FC90h
表 1 温度/数据对应关系
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3
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UMW
R
UMW DS18B20
中只有只用到 11 到 4 ½。如果测量到的温度小于
等于 T
L
或大于等于 T
H
则报警条件成立,
DS18B20
内部会设立一个标志½。该标志½每次温度测量½
会被更新,所以如果报警条件不再满足,标志½就
会在下次温度½换之后被关闭。
主机可以通过发布一 个
Alarm Search[ECh]
指令来检查所有挂在总线上的 DS18B20 的标志½
状况。任½设立了标志½的 DS18B20 ½会响应该
指令,这样主机可以知道具½哪一个 DS18B20 进
入了报警条件。如果报警条件成立并且 T
H
或者 T
L
设½被更改,则应该再进行一次温度½换来验证报
警条件。
运行-报警信号
DS18B20 完成一次温度½换后,就将该温度
值和用户定义的二进制补码报警触发值比较,该值
存储在 T
H
和 T
L
寄存器中(见图 3)
。符号½ S 表示
该值是正还是负:正数 S=0 负数 S=1。T
H
和 T
L
存器是非易失性的(E
2
PROM)所以½设备掉电时数
据会保持。T
H
和 T
L
可以通过暂存器的第 2 和第 3
字节访问,详细请参考
存储
章节。
由于 T
H
和 T
L
是 8 ½寄存器,因此在温度比较
高温报警(TH)
½温报警(TL)
ADDR
2
3
bit7
S
bit15
S
bit6
2
6
bit14
2
6
bit5
2
5
bit13
2
5
bit4
2
4
bit12
2
4
bit3
2
3
bit11
2
3
bit2
2
2
bit10
2
2
bit1
2
1
bit9
2
1
bit0
2
0
bit8
2
0
图 3 T
H
和 T
L
寄存器格式
给 DS18B20 供电
DS18B20 可以通过 V
DD
引脚由外部电源供电,
也可以工½在“寄生电源”模式,这个模式可以让
DS18B20 在没有本地外围供电的情况下仍然工½。
寄生电源对于远程测温或者空间受限的应用非常有
用。图 1 显示了 DS18B20 的寄生电源控制电路,
这种情况下通过 DQ 脚在总线高的情况下从单总线
“窃取”电源。窃取的电荷在总线高的情况下对
DS18B20 供电,
同时一部分电荷存储在寄生电源电
容上用于在总线½的情况下提供电源。 DS18B20
½
工½在寄生电源模式下,V
DD
引脚必须连接到地。
在寄生电源模式下,
只要满足时序和电压要求
(参
考直流与交流电气特性) 单总线和寄生电源电容就
可 以 为 DS18B20 提 供 足 够 的 电 流 。 ½ 是 ½
DS18B20 执行温度½换或者从暂存器到 E
2
PROM
复制数据时,运行电流可以高至 1.5 毫安。这个电
流可½引起单总线的弱上拉电阻的压降超限,而且
这个电流超过了寄生电源电容可以提供的范围。为
了确保 DS18B20 有足够的供电电流,在任½发生
温度½换或者数据从暂存器复制到 E
2
PROM 的情
况下,½有必要对单总线提供一个强上拉。这个强
上拉可以如图 4 中所示, MOSFET 把总线直接拉
到电源½来实现。
单总线在发布完
Convert T [44h]
或 者
Copy Scratchpad [48h]
指 令 后 , 必 须 在
10µs(最多)内切换到强上拉,并且总线在温度½
换(t
CONV
)或数据传输(t
WR
= 10ms)。的过程中必
须被上拉保持高。½上拉被启动,单总线上不可以
发生其他活动。
DS18B20 也可以用传统模式通过外部电源供电
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UMW
R
UMW DS18B20
有些情况下总线主机可½不知道 DS18B20 是寄
生电源供电还是外部电源供电。而主机需要这个信
息以决定温度½换期间是否应该½用强上拉。为了
得到这一信息,
主机可以发布一个
Skip ROM [CCh]
指令后跟随
Read Power Supply [B4h]
指令,后
跟一个“读时隙” 在读时隙期间,寄生电源
DS18B20 会把总线拉½,外部供电的 DS18B20 会
让总线保持高。如果总线拉½,主机就知道它一定
要在温度½换过程中对单总线保持强上拉。
到 V
DD
引脚,如图 5 所示。这种模式的优点是不需
要 MOSFET 上拉,
而且单总线在温度½换过程中可
以任意进行其他操½。
在温度大于+100°C 时不建议½用寄生电源因为
DS18B20 的漏电流在这种温度下会很高,
可½难以
让芯片保持通信。对于类似这样极限温度的应用,
强烈建议½用外部电源对 DS18B20 供电。
V
PU
DS18B20
V
PU
微处理器
4.7K
DS18B20
GND
DQ
V
DD
……
GND
DQ
V
DD
单总线
……
接其他单总线设备
图 4 在 DS18B20 温度½换期间通过寄生电源供电
DS18B20
外部电源
V
PU
微处理器
4.7K
单总线
……
DS18B20
外部电源
……
GND
DQ
V
DD
GND
DQ
V
DD
接其他单总线设备
图 5 用外部电源对 DS18B20 供电
64 ½ ROM 编码
每一个 DS18B20 ½包含一个唯一的 64 ½编码
(见图 6)存储在 ROM 里。最½½ 8 ½ ROM 编
码包含了 DS18B20 的单总线系列代码:28h。
接下
来 48 ½包含一个唯一的序列码。最高½ 8 ½包含
了从前面 56 ½ ROM 编码产生的循环冗½校验码。
64 ½ ROM 编码和相关的 ROM 功½控制逻辑½得
DS18B20 可以½为一个单总线器件½用单总线协
议。单总线协议在
单总线系统
章节中有详述。
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