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DS18B20X

器件型号:DS18B20X
器件类别:SENSOR   
厂商名称:DALLAS
厂商官网:http://www.dalsemi.com
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DS18B20X器件文档内容

                                      DS18B20X
Flipchip 1-Wire Digital Thermometer

  www.dalsemi.com                                 PIN ASSIGNMENT

FEATURES                                               (TOP VIEW)

Unique 1-wire interface requires only one       GND              VDD
    port pin for communication
                                                       28rrd
Each device has a unique 64-bit serial code
    stored in an on-board ROM                     GND                         DQ

Multi-drop capability simplifies distributed           Branding legend:
    temperature sensing applications                          28 = family code
                                                              rr = revision code (i.e., B6)
Requires no external components                             d = one letter date code
Can be powered from data line. Power supply
                                                    See Mechanical Specification
    range is 3.0V to 5.5V                         (page 21) for package dimensions.
Measures temperatures from 55C to
                                                  PIN DESCRIPTION
    +125C (67F to +257F)
2.0C accuracy from 0C to +70C               GND - Ground
Thermometer resolution is user-selectable       DQ - Data In/Out
                                                  VDD - Power Supply Voltage
    from 9 to 12 bits
Converts temperature to 12-bit digital word in

    750 ms (max.)
User-definable nonvolatile alarm settings
Alarm search command identifies and

    addresses devices whose temperature is
    outside of programmed limits (temperature
    alarm condition)
Applications include thermostatic controls,
    industrial systems, consumer products,
    thermometers, or any thermally sensitive
    system

DESCRIPTION

The DS18B20X Digital Thermometer provides 9 to 12bit centigrade temperature measurements and has
an alarm function with nonvolatile user-programmable upper and lower trigger points. The DS18B20X
communicates over a 1-wire bus that by definition requires only one data line (and ground) for
communication with a central microprocessor. It has an operating temperature range of 55C to +125C
and is accurate to 2.0C over the range of 0C to +70C. In addition, the DS18B20X can derive power
directly from the data line ("parasite power"), eliminating the need for an external power supply.

Each DS18B20X has a unique 64-bit serial code, which allows multiple DS18B20Xs to function on the
same 1wire bus; thus, it is simple to use one microprocessor to control many DS18B20Xs distributed
over a large area. Applications that can benefit from this feature include HVAC environmental controls,
temperature monitoring systems inside buildings, equipment or machinery, and process monitoring and
control systems.

1 of 21                                                                                      043001
                                                                                DS18B20X

DETAILED PIN DESCRIPTIONS Table 1

SYMBOL DESCRIPTION

    GND Ground.

     DQ Data Input/Output pin. Open-drain 1-wire interface pin. Also
                 provides power to the device when used in parasite power mode
                 (see "Parasite Power" section.)

     VDD Optional VDD pin. VDD must be grounded for operation in
                 parasite power mode.

OVERVIEW

Figure 1 shows a block diagram of the DS18B20X, and pin descriptions are given in Table 1. The 64-bit
ROM stores the device's unique serial code. The scratchpad memory contains the 2-byte temperature
register that stores the digital output from the temperature sensor. In addition, the scratchpad provides
access to the 1-byte upper and lower alarm trigger registers (TH and TL), and the 1-byte configuration
register. The configuration register allows the user to set the resolution of the temperature-to-digital
conversion to 9, 10, 11, or 12 bits. The TH, TL and configuration registers are nonvolatile (EEPROM), so
they will retain data when the device is powered down.

The DS18B20X uses Dallas' exclusive 1-wire bus protocol that implements bus communication using
one control signal. The control line requires a weak pullup resistor since all devices are linked to the bus
via a 3-state or open-drain port (the DQ pin in the case of the DS18B20X). In this bus system, the
microprocessor (the master device) identifies and addresses devices on the bus using each device's unique
64-bit code. Because each device has a unique code, the number of devices that can be addressed on one
bus is virtually unlimited. The 1-wire bus protocol, including detailed explanations of the commands and
"time slots," is covered in the 1-WIRE BUS SYSTEM section of this datasheet.

Another feature of the DS18B20X is the ability to operate without an external power supply. Power is
instead supplied through the 1-wire pullup resistor via the DQ pin when the bus is high. The high bus
signal also charges an internal capacitor (CPP), which then supplies power to the device when the bus is
low. This method of deriving power from the 1-wire bus is referred to as "parasite power." As an
alternative, the DS18B20X may also be powered by an external supply on VDD.

DS18B20X BLOCK DIAGRAM Figure 1

        VPU

4.7K        PARASITE POWER                         MEMORY CONTROL               DS18B20X
                   CIRCUIT                                  LOGIC
        DQ
      GND               INTERNAL VDD  64-BIT ROM   SCRATCHPAD                    TEMPERATURE SENSOR
       VDD                                 AND
            CPP                                                                 ALARM HIGH TRIGGER (TH)
                                      1-wire PORT                                    REGISTER (EEPROM)
                               POWER
                              SUPPLY                                            ALARM LOW TRIGGER (TL)
                               SENSE                                                REGISTER (EEPROM)

                                                                                CONFIGURATION REGISTER
                                                                                             (EEPROM)

                                                                                     8-BIT CRC GENERATOR

                                      2 of 21
                                                                                                                                            DS18B20X

OPERATION MEASURING TEMPERATURE

The core functionality of the DS18B20X is its direct-to-digital temperature sensor. The resolution of the
temperature sensor is user-configurable to 9, 10, 11, or 12 bits, corresponding to increments of 0.5C,
0.25C, 0.125C, and 0.0625C, respectively. The default resolution at power-up is 12 bit. The
DS18B20X powers-up in a low-power idle state; to initiate a temperature measurement and A-to-D
conversion, the master must issue a Convert T [44h] command. Following the conversion, the resulting
thermal data is stored in the 2-byte temperature register in the scratchpad memory and the DS18B20X
returns to its idle state. If the DS18B20X is powered by an external supply, the master can issue "read
time slots" (see the 1-WIRE BUS SYSTEM section) after the Convert T command and the DS18B20X
will respond by transmitting 0 while the temperature conversion is in progress and 1 when the conversion
is done. If the DS18B20X is powered with parasite power, this notification technique cannot be used
since the bus must be pulled high by a strong pullup during the entire temperature conversion. The bus
requirements for parasite power are explained in detail in the POWERING THE DS18B20X section of
this datasheet.

The DS18B20X output temperature data is calibrated in degrees centigrade; for Fahrenheit applications, a
lookup table or conversion routine must be used. The temperature data is stored as a 16-bit sign-extended
two's complement number in the temperature register (see Figure 2). The sign bits (S) indicate if the
temperature is positive or negative: for positive numbers S = 0 and for negative numbers S = 1. If the
DS18B20X is configured for 12-bit resolution, all bits in the temperature register will contain valid data.
For 11-bit resolution, bit 0 is undefined. For 10-bit resolution, bits 1 and 0 are undefined, and for 9-bit
resolution bits 2, 1 and 0 are undefined. Table 2 gives examples of digital output data and the
corresponding temperature reading for 12-bit resolution conversions.

TEMPERATURE REGISTER FORMAT Figure 2

         bit 7   bit 6       bit 5   bit 4        bit 3                  bit 2   bit 1  bit 0

LS Byte  23      22          21      20           2-1                    2-2     2-3    2-4

         bit 15  bit 14      bit 13  bit 12       bit 11                 bit 10  bit 9  bit 8

MS Byte  S       S           S       S            S                      26      25     24

TEMPERATURE/DATA RELATIONSHIP Table 2

         TEMPERATURE DIGITAL OUTPUT DIGITAL OUTPUT

                                     (Binary)                            (Hex)

                 +125C      0000 0111 1101 0000                         07D0h

                 +85C*      0000 0101 0101 0000                         0550h

                 +25.0625C  0000 0001 1001 0001                         0191h

                 +10.125C   0000 0000 1010 0010                         00A2h

                 +0.5C      0000 0000 0000 1000                         0008h

                 0C         0000 0000 0000 0000                         0000h

                 -0.5C      1111 1111 1111 1000                         FFF8h

                 -10.125C   1111 1111 0101 1110                         FF5Eh

                 -25.0625C  1111 1110 0110 1111                         FE6Fh

                 -55C       1111 1100 1001 0000                         FC90h

         *The power-on reset value of the temperature register is +85C

                                     3 of 21
                                                                                                                                            DS18B20X

OPERATION ALARM SIGNALING

After the DS18B20X performs a temperature conversion, the temperature value is compared to the user-
defined two's complement alarm trigger values stored in the 1-byte TH and TL registers (see Figure 3).
The sign bit (S) indicates if the value is positive or negative: for positive numbers S = 0 and for negative
numbers S = 1. The TH and TL registers are nonvolatile (EEPROM) so they will retain data when the
device is powered down. TH and TL can be accessed through bytes 2 and 3 of the scratchpad as explained
in the MEMORY section of this datasheet.

TH AND TL REGISTER FORMAT Figure 3

bit 7  bit 6  bit 5  bit 4          bit 3  bit 2  bit 1  bit 0

S      26     25     25             25     22     21     20

Only bits 11 through 4 of the temperature register are used in the TH and TL comparison since TH and TL
are 8-bit registers. If the result of a temperature measurement is higher than TH or lower than TL, an
alarm condition exists and an alarm flag is set inside the DS18B20X. This flag is updated after every
temperature measurement; therefore, if the alarm condition goes away, the flag will be turned off after the
next temperature conversion.

The master device can check the alarm flag status of all DS18B20Xs on the bus by issuing an Alarm
Search [ECh] command. Any DS18B20Xs with a set alarm flag will respond to the command, so the
master can determine exactly which DS18B20Xs have experienced an alarm condition. If an alarm
condition exists and the TH or TL settings have changed, another temperature conversion should be done
to validate the alarm condition.

POWERING THE DS18B20X

The DS18B20X can be powered by an external supply on the VDD pin, or it can operate in "parasite
power" mode, which allows the DS18B20X to function without a local external supply. Parasite power
is very useful for applications that require remote temperature sensing or that are very space constrained.
Figure 1 shows the DS18B20X's parasite-power control circuitry, which "steals" power from the 1-wire
bus via the DQ pin when the bus is high. The stolen charge powers the DS18B20X while the bus is high,
and some of the charge is stored on the parasite power capacitor (CPP) to provide power when the bus is
low. When the DS18B20X is used in parasite power mode, the VDD pin must be connected to ground.

In parasite power mode, the 1-wire bus and CPP can provide sufficient current to the DS18B20X for most
operations as long as the specified timing and voltage requirements are met (refer to the DC
ELECTRICAL CHARACTERISTICS and the AC ELECTRICAL CHARACTERISTICS sections of this
data sheet). However, when the DS18B20X is performing temperature conversions or copying data from
the scratchpad memory to EEPROM, the operating current can be as high as 1.5 mA. This current can
cause an unacceptable voltage drop across the weak 1-wire pullup resistor and is more current than can be
supplied by CPP. To assure that the DS18B20X has sufficient supply current, it is necessary to provide a
strong pullup on the 1-wire bus whenever temperature conversions are taking place or data is being
copied from the scratchpad to EEPROM. This can be accomplished by using a MOSFET to pull the bus
directly to the rail as shown in Figure 4. The 1-wire bus must be switched to the strong pullup within 10
s (max) after a Convert T [44h] or Copy Scratchpad [48h] command is issued, and the bus must be held
high by the pullup for the duration of the conversion (tconv) or data transfer (twr = 10 ms). No other
activity can take place on the 1-wire bus while the pullup is enabled.

The DS18B20X can also be powered by the conventional method of connecting an external power supply
to the VDD pin, as shown in Figure 5. The advantage of this method is that the MOSFET pullup is not
required, and the 1wire bus is free to carry other traffic during the temperature conversion time.

                                                                         4 of 21
                                                                                                                                            DS18B20X

The use of parasite power is not recommended for temperatures above 100C since the DS18B20X may
not be able to sustain communications due to the higher leakage currents that can exist at these
temperatures. For applications in which such temperatures are likely, it is strongly recommended that the
DS18B20X be powered by an external power supply.

In some situations the bus master may not know whether the DS18B20Xs on the bus are parasite powered
or powered by external supplies. The master needs this information to determine if the strong bus pullup
should be used during temperature conversions. To get this information, the master can issue a Skip
ROM [CCh] command followed by a Read Power Supply [B4h] command followed by a "read time
slot". During the read time slot, parasite powered DS18B20Xs will pull the bus low, and externally
powered DS18B20Xs will let the bus remain high. If the bus is pulled low, the master knows that it must
supply the strong pullup on the 1-wire bus during temperature conversions.

SUPPLYING THE PARASITE-POWERED DS18B20X DURING TEMPERATURE
CONVERSIONS Figure 4

                                                                             VPU

                VPU                                 DS18B20X
                     4.7K
                                                   GND DQ VDD

      Micro-
     processor

                                       1-Wire Bus              To Other
                                                               1-Wire Devices

POWERING THE DS18B20X WITH AN EXTERNAL SUPPLY Figure 5

      Micro-    VPU                     DS18B20X   VDD (External Supply)
     processor      4.7K
                                       GND DQ VDD                 To Other
                                                                  1-Wire Devices
                           1-Wire Bus

64-BIT LASERED ROM CODE

Each DS18B20X contains a unique 64bit code (see Figure 6) stored in ROM. The least significant 8 bits
of the ROM code contain the DS18B20X's 1wire family code: 28h. The next 48 bits contain a unique
serial number. The most significant 8 bits contain a cyclic redundancy check (CRC) byte that is
calculated from the first 56 bits of the ROM code. A detailed explanation of the CRC bits is provided in
the CRC GENERATION section. The 64bit ROM code and associated ROM function control logic
allow the DS18B20X to operate as a 1wire device using the protocol detailed in the 1-WIRE BUS
SYSTEM section of this datasheet.

64-BIT LASERED ROM CODE Figure 6

     8-BIT CRC  48-BIT SERIAL NUMBER               8-BIT FAMILY CODE (28h)

MSB             LSB MSB                LSB MSB                                    LSB

                           5 of 21
                                                                                                                                            DS18B20X

MEMORY

The DS18B20X's memory is organized as shown in Figure 7. The memory consists of an SRAM
scratchpad with nonvolatile EEPROM storage for the high and low alarm trigger registers (TH and TL)
and configuration register. Note that if the DS18B20X alarm function is not used, the TH and TL registers
can serve as general-purpose memory. All memory commands are described in detail in the DS18B20X
FUNCTION COMMANDS section.

Byte 0 and byte 1 of the scratchpad contain the LSB and the MSB of the temperature register,
respectively. These bytes are read-only. Bytes 2 and 3 provide access to TH and TL registers. Byte 4
contains the configuration register data, which is explained in detail in the CONFIGURATION
REGISTER section of this datasheet. Bytes 5, 6 and 7 are reserved for internal use by the device and
cannot be overwritten; these bytes will return all 1s when read.

Byte 8 of the scratchpad is read-only and contains the cyclic redundancy check (CRC) code for bytes 0
through 7 of the scratchpad. The DS18B20X generates this CRC using the method described in the CRC
GENERATION section.

Data is written to bytes 2, 3, and 4 of the scratchpad using the Write Scratchpad [4Eh] command; the data
must be transmitted to the DS18B20X starting with the least significant bit of byte 2. To verify data
integrity, the scratchpad can be read (using the Read Scratchpad [BEh] command) after the data is
written. When reading the scratchpad, data is transferred over the 1-wire bus starting with the least
significant bit of byte 0. To transfer the TH, TL and configuration data from the scratchpad to EEPROM,
the master must issue the Copy Scratchpad [48h] command.

Data in the EEPROM registers is retained when the device is powered down; at power-up the EEPROM
data is reloaded into the corresponding scratchpad locations. Data can also be reloaded from EEPROM
to the scratchpad at any time using the Recall E2 [B8h] command. The master can issue read time slots
following the Recall E2 command and the DS18B20X will indicate the status of the recall by transmitting
0 while the recall is in progress and 1 when the recall is done.

DS18B20X MEMORY MAP c=T

         SCRATCHPAD (Power-up State)                          EEPROM
byte 0 Temperature LSB (50h)                         TH Register or User Byte 1
                                                     TL Register or User Byte 2
                                            (85C)
byte 1 Temperature MSB (05h)                           Configuration Register
byte 2 TH Register or User Byte 1*
byte 3 TL Register or User Byte 2*
byte 4 Configuration Register*
byte 5 Reserved (FFh)
byte 6 Reserved (0Ch)
byte 7 Reserved (10h)
byte 8 CRC*

         *Power-up state depends on value(s) stored

             in EEPROM

                              6 of 21
                                                                                                                                            DS18B20X

CONFIGURATION REGISTER

Byte 4 of the scratchpad memory contains the configuration register, which is organized as illustrated in
Figure 8. The user can set the conversion resolution of the DS18B20X using the R0 and R1 bits in this
register as shown in Table 3. The power-up default of these bits is R0 = 1 and R1 = 1 (12-bit resolution).
Note that there is a direct tradeoff between resolution and conversion time. Bit 7 and bits 0-4 in the
configuration register are reserved for internal use by the device and cannot be overwritten; these bits will
return 1s when read.

CONFIGURATION REGISTER Figure 8

bit 7 bit 6 bit 5 bit 4 bit 3 bit 2 bit 1 bit 0

0 R1 R0 1                        1  1       1         1

THERMOMETER RESOLUTION CONFIGURATION Table 3

R1 R0  Resolution                Max Conversion Time
           9-bit
0  0      10-bit                 93.75 ms   (tCONV/8)
          11-bit
0  1      12-bit                 187.5 ms   (tCONV/4)

1  0                                375 ms  (tCONV/2)

1  1                                750 ms  (tCONV)

CRC GENERATION

CRC bytes are provided as part of the DS18B20X's 64-bit ROM code and in the 9th byte of the
scratchpad memory. The ROM code CRC is calculated from the first 56 bits of the ROM code and is
contained in the most significant byte of the ROM. The scratchpad CRC is calculated from the data
stored in the scratchpad, and therefore it changes when the data in the scratchpad changes. The CRCs
provide the bus master with a method of data validation when data is read from the DS18B20X. To
verify that data has been read correctly, the bus master must re-calculate the CRC from the received data
and then compare this value to either the ROM code CRC (for ROM reads) or to the scratchpad CRC (for
scratchpad reads). If the calculated CRC matches the read CRC, the data has been received error free. The
comparison of CRC values and the decision to continue with an operation are determined entirely by the
bus master. There is no circuitry inside the DS18B20X that prevents a command sequence from
proceeding if the DS18B20X CRC (ROM or scratchpad) does not match the value generated by the bus
master.

The equivalent polynomial function of the CRC (ROM or scratchpad) is:

             CRC = X8 + X5 + X4 + 1

The bus master can re-calculate the CRC and compare it to the CRC values from the DS18B20X using
the polynomial generator shown in Figure 9. This circuit consists of a shift register and XOR gates, and
the shift register bits are initialized to 0. Starting with the least significant bit of the ROM code or the
least significant bit of byte 0 in the scratchpad, one bit at a time should shifted into the shift register.
After shifting in the 56th bit from the ROM or the most significant bit of byte 7 from the scratchpad, the
polynomial generator will contain the re-calculated CRC. Next, the 8-bit ROM code or scratchpad CRC
from the DS18B20X must be shifted into the circuit. At this point, if the re-calculated CRC was correct,

                                                                         7 of 21
                                                                                                                                            DS18B20X

the shift register will contain all 0s. Additional information about the Dallas 1-wire cyclic redundancy
check is available in Application Note 27 entitled "Understanding and Using Cyclic Redundancy Checks
with Dallas Semiconductor Touch Memory Products."

CRC GENERATOR Figure 9                                                              INPUT

                        XOR                                   XOR                   XOR

(MSB)                                                                    (LSB)

1-WIRE BUS SYSTEM

The 1-wire bus system uses a single bus master to control one or more slave devices. The DS18B20X is
always a slave. When there is only one slave on the bus, the system is referred to as a "single-drop"
system; the system is "multi-drop" if there are multiple slaves on the bus.

All data and commands are transmitted least significant bit first over the 1-wire bus.

The following discussion of the 1-wire bus system is broken down into three topics: hardware
configuration, transaction sequence, and 1-wire signaling (signal types and timing).

HARDWARE CONFIGURATION

The 1-wire bus has by definition only a single data line. Each device (master or slave) interfaces to the
data line via an open drain or 3state port. This allows each device to "release" the data line when the
device is not transmitting data so the bus is available for use by another device. The 1-wire port of the
DS18B20X (the DQ pin) is open drain with an internal circuit equivalent to that shown in Figure 10.

The 1-wire bus requires an external pullup resistor of approximately 5 k; thus, the idle state for the 1-
wire bus is high. If for any reason a transaction needs to be suspended, the bus MUST be left in the idle
state if the transaction is to resume. Infinite recovery time can occur between bits so long as the 1-wire
bus is in the inactive (high) state during the recovery period. If the bus is held low for more than 480 s,
all components on the bus will be reset.

HARDWARE CONFIGURATION Figure=NM=

           VPU

                                                DS18B20X 1-WIRE PORT

                        4.7K                                  DQ

                              1-wire Bus                      Pin               RX

       RX

                                                                   5 A

                                                                   Typ.         TX

       TX                                                                  100
                                                                         MOSFET
                                               RX = RECEIVE
                                               TX = TRANSMIT

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TRANSACTION SEQUENCE

The transaction sequence for accessing the DS18B20X is as follows:

Step 1. Initialization

Step 2. ROM Command (followed by any required data exchange)

Step 3. DS18B20X Function Command (followed by any required data exchange)

It is very important to follow this sequence every time the DS18B20X is accessed, as the DS18B20X will
not respond if any steps in the sequence are missing or out of order. Exceptions to this rule are the Search
ROM [F0h] and Alarm Search [ECh] commands. After issuing either of these ROM commands, the
master must return to Step 1 in the sequence.

INITIALIZATION

All transactions on the 1-wire bus begin with an initialization sequence. The initialization sequence
consists of a reset pulse transmitted by the bus master followed by presence pulse(s) transmitted by the
slave(s). The presence pulse lets the bus master know that slave devices (such as the DS18B20X) are on
the bus and are ready to operate. Timing for the reset and presence pulses is detailed in the
1-WIRE SIGNALING section.

ROM COMMANDS

After the bus master has detected a presence pulse, it can issue a ROM command. These commands
operate on the unique 64bit ROM codes of each slave device and allow the master to single out a
specific device if many are present on the 1-wire bus. These commands also allow the master to
determine how many and what types of devices are present on the bus or if any device has experienced an
alarm condition. There are five ROM commands, and each command is 8 bits long. The master device
must issue an appropriate ROM command before issuing a DS18B20X function command. A flowchart
for operation of the ROM commands is shown in Figure 11.

SEARCH ROM [F0h]
When a system is initially powered up, the master must identify the ROM codes of all slave devices on
the bus, which allows the master to determine the number of slaves and their device types. The master
learns the ROM codes through a process of elimination that requires the master to perform a Search ROM
cycle (i.e., Search ROM command followed by data exchange) as many times as necessary to identify all
of the slave devices. If there is only one slave on the bus, the simpler Read ROM command (see below)
can be used in place of the Search ROM process. For a detailed explanation of the Search ROM
procedure, refer to the iButton Book of Standards at www.ibutton.com/ibuttons/standard.pdf. After every
Search ROM cycle, the bus master must return to Step 1 (Initialization) in the transaction sequence.

READ ROM [33h]
This command can only be used when there is one slave on the bus. It allows the bus master to read the
slave's 64-bit ROM code without using the Search ROM procedure. If this command is used when there
is more than one slave present on the bus, a data collision will occur when all the slaves attempt to
respond at the same time.

MATCH ROM [55h]
The match ROM command followed by a 64bit ROM code sequence allows the bus master to address a
specific slave device on a multi-drop or single-drop bus. Only the slave that exactly matches the 64bit
ROM code sequence will respond to the function command issued by the master; all other slaves on the
bus will wait for a reset pulse.

                                                                         9 of 21
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SKIP ROM [CCh]
The master can use this command to address all devices on the bus simultaneously without sending out
any ROM code information. For example, the master can make all DS18B20Xs on the bus perform
simultaneous temperature conversions by issuing a Skip ROM command followed by a Convert T [44h]
command. Note, however, that the Skip ROM command can only be followed by the Read Scratchpad
[BEh] command when there is one slave on the bus. This sequence saves time by allowing the master to
read from the device without sending its 64bit ROM code. This sequence will cause a data collision on
the bus if there is more than one slave since multiple devices will attempt to transmit data simultaneously.

ALARM SEARCH [ECh]
The operation of this command is identical to the operation of the Search ROM command except that
only slaves with a set alarm flag will respond. This command allows the master device to determine if
any DS18B20Xs experienced an alarm condition during the most recent temperature conversion. After
every Alarm Search cycle (i.e., Alarm Search command followed by data exchange), the bus master must
return to Step 1 (Initialization) in the transaction sequence. Refer to the OPERATION ALARM
SIGNALING section for an explanation of alarm flag operation.

DS18B20X FUNCTION COMMANDS

After the bus master has used a ROM command to address the DS18B20X with which it wishes to
communicate, the master can issue one of the DS18B20X function commands. These commands allow
the master to write to and read from the DS18B20X's scratchpad memory, initiate temperature
conversions and determine the power supply mode. The DS18B20X function commands, which are
described below, are summarized in Table 4 and illustrated by the flowchart in Figure 12.

CONVERT T [44h]
This command initiates a single temperature conversion. Following the conversion, the resulting thermal
data is stored in the 2-byte temperature register in the scratchpad memory and the DS18B20X returns to
its low-power idle state. If the device is being used in parasite power mode, within 10 s (max) after this
command is issued the master must enable a strong pullup on the 1-wire bus for the duration of the
conversion (tconv) as described in the POWERING THE DS18B20X section. If the DS18B20X is
powered by an external supply, the master can issue read time slots after the Convert T command and the
DS18B20X will respond by transmitting 0 while the temperature conversion is in progress and 1 when
the conversion is done. In parasite power mode this notification technique cannot be used since the bus is
pulled high by the strong pullup during the conversion.

WRITE SCRATCHPAD [4Eh]
This command allows the master to write 3 bytes of data to the DS18B20X's scratchpad. The first data
byte is written into the TH register (byte 2 of the scratchpad), the second byte is written into the TL
register (byte 3), and the third byte is written into the configuration register (byte 4). Data must be
transmitted least significant bit first. All three bytes MUST be written before the master issues a reset, or
the data may be corrupted.

READ SCRATCHPAD [BEh]
This command allows the master to read the contents of the scratchpad. The data transfer starts with the
least significant bit of byte 0 and continues through the scratchpad until the 9th byte (byte 8 CRC) is
read. The master may issue a reset to terminate reading at any time if only part of the scratchpad data is
needed.

COPY SCRATCHPAD [48h]
This command copies the contents of the scratchpad TH, TL and configuration registers (bytes 2, 3 and 4)
to EEPROM. If the device is being used in parasite power mode, within 10 s (max) after this command

                                                                        10 of 21
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is issued the master must enable a strong pullup on the 1-wire bus for at least 10 ms as described in the
POWERING THE DS18B20X section.

RECALL E2 [B8h]
This command recalls the alarm trigger values (TH and TL) and configuration data from EEPROM and
places the data in bytes 2, 3, and 4, respectively, in the scratchpad memory. The master device can issue
read time slots following the Recall E2 command and the DS18B20X will indicate the status of the recall
by transmitting 0 while the recall is in progress and 1 when the recall is done. The recall operation
happens automatically at power-up, so valid data is available in the scratchpad as soon as power is
applied to the device.

READ POWER SUPPLY [B4h]
The master device issues this command followed by a read time slot to determine if any DS18B20Xs on
the bus are using parasite power. During the read time slot, parasite powered DS18B20Xs will pull the
bus low, and externally powered DS18B20Xs will let the bus remain high. Refer to the POWERING
THE DS18B20X section for usage information for this command.

DS18B20X FUNCTION COMMAND SET Table 4

                                                              1-Wire Bus Activity

Command     Description                             Protocol After Command is Issued            Notes
                                                                                                  1
            TEMPERATURE CONVERSION COMMANDS
                                                                                                  2
Convert T   Initiates temperature                   44h DS18B20X transmits conversion             3
                                                                                                  1
            conversion.                                       status to master (not applicable

                                                              for parasite-powered

                                                              DS18B20Xs).

                         MEMORY COMMANDS

Read Scratchpad Reads the entire scratchpad BEh DS18B20X transmits up to 9

            including the CRC byte.                           data bytes to master.

Write Scratchpad Writes data into scratchpad        4Eh Master transmits 3 data bytes to

            bytes 2, 3, and 4 (TH, TL,                        DS18B20X.
            and configuration registers).

Copy Scratchpad Copies TH, TL, and                  48h None
                       configuration register data

            from the scratchpad to

Recall E2   EEPROM.                                 B8h DS18B20X transmits recall
            Recalls TH, TL, and                                status to master.
            configuration register data

            from EEPROM to the

            scratchpad.

Read Power  Signals DS18B20X power                  B4h DS18B20X transmits supply

Supply      supply mode to the master.                        status to master.

NOTES:

1. For parasite-powered DS18B20Xs, the master must enable a strong pullup on the 1-wire bus during
    temperature conversions and copies from the scratchpad to EEPROM. No other bus activity may take
    place during this time.

2. The master can interrupt the transmission of data at any time by issuing a reset.
3. All three bytes must be written before a reset is issued.

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ROM COMMANDS FLOW CHART Figure 11

               Initialization       MASTER TX
               Sequence           RESET PULSE

                                  DS18B20X TX
                                   PRESENCE

                                      PULSE

                                  MASTER TX ROM
                                      COMMAND

     33h       N        55h              N              F0h         N   ECh                N  CCh       N
READ ROM          MATCH ROM                      SEARCH ROM
                                                                        ALARM SEARCH          SKIP ROM

COMMAND           COMMAND                        COMMAND                COMMAND               COMMAND

Y                              Y                 Y                           Y                     Y

                  MASTER TX
                      BIT 0

                                                 DS18B20X TX BIT 0      DS18B20X TX BIT 0
                                                 DS18B20X TX BIT 0      DS18B20X TX BIT 0
                                                 MASTER TX BIT 0        MASTER TX BIT 0

  DS18B20X TX                          N       N                        DEVICE(S)          N
FAMILY CODE        BIT 0                                   BIT 0
                  MATCH?                                                WITH ALARM
      1 BYTE                                              MATCH?
                           Y                                            FLAG SET?
  DS18B20X TX                                             Y
SERIAL NUMBER                                                           Y

      6 BYTES     MASTER TX                      DS18B20X TX BIT 1
                      BIT 1                      DS18B20X TX BIT 1
  DS18B20X TX
    CRC BYTE                                      MASTER TX BIT 1

                                      N          N
                      BIT 1                                  BIT 1
                    MATCH?
                                                          MATCH?
                           Y                                         Y

                  MASTER TX                        DS18B20X TX BIT 63
                     BIT 63                        DS18B20X TX BIT 63
                                                   MASTER TX BIT 63
                                     N
                     BIT 63                      N
                   MATCH?                                    BIT 63

                            Y                              MATCH?

                                                          Y

                                               MASTER TX
                                                FUNCTION
                                               COMMAND
                                               (FIGURE 12)

                                                    12 of 21
                                                                                                                          DS18B20X

DS18B20X FUNCTION COMMANDS FLOW CHART Figure 12

MASTER TX                          44h       N                                                           48h        N
FUNCTION
COMMAND                         CONVERT                                                                COPY

                                TEMPERATURE                                                    SCRATCHPAD

                                   ?                                                                     ?

                                          Y                                                                   Y

                          N     PARASITE     Y                                              N       PARASITE        Y

DS18B20X BEGINS                    POWER                                                               POWER
   CONVERSION
                                   ?                                                                     ?

                                                 MASTER ENABLES                                                         MASTER ENABLES
                                             STRONG PULLUP ON DQ                                                    STRONG PULL-UP ON DQ

   DEVICE                                    DS18B20X CONVERTS                    COPY IN      N                        DATA COPIED FROM
                                                 TEMPERATURE                                                        SCRATCHPAD TO EEPROM
CONVERTING                   N                                                    PROGRESS
                                               MASTER DISABLES                                                           MASTER DISABLES
TEMPERATURE                                     STRONG PULLUP                        ?                                     STRONG PULLUP

           ?

                                                                                  Y

   Y

   MASTER                       MASTER                                            MASTER               MASTER
    RX "0s"                      RX "1s"                                           RX "0s"              RX "1s"

              B4h                               N  B8h                                         BEh                        4Eh

N             READ                                 RECALL E2                         N         READ                    N  WRITE

          POWER SUPPLY                                ?                                     SCRATCHPAD                    SCRATCHPAD

              ?                                                                                ?                          ?

                 Y                                       Y                                          Y                                     Y

N                               Y                                                       MASTER RX DATA BYTE               MASTER TX TH BYTE
                                                                                         FROM SCRATCHPAD                   TO SCRATCHPAD

              PARASITE

              POWERED                           MASTER BEGINS DATA
                                                RECALL FROM E2 PROM
              ?

                                                                                                                          MASTER TX TL BYTE
                                                                                                                           TO SCRATCHPAD

MASTER                          MASTER                                                         MASTER            Y
RX "1s"                         RX "0s"
                                                                                               TX RESET
                                                                                                     ?

                                                          DEVICE     N                              N                  MASTER TX CONFIG. BYTE
                                                   BUSY RECALLING                                                            TO SCRATCHPAD

                                                   DATA

                                                      ?

                                                   Y                                 N
                                                                                              HAVE 8 BYTES
                                                   MASTER               MASTER                  BEEN READ
                                                    RX "0s"              RX "1s"                        ?

                                                                                                           Y

                                                                                     MASTER RX SCRATCHPAD
                                                                                                CRC BYTE

                                                    RETURN TO INITIALIZATION
                                                   SEQUENCE (FIGURE 11) FOR

                                                         NEXT TRANSACTION

                                                                13 of 21
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1-WIRE SIGNALING

The DS18B20X uses a strict 1-wire communication protocol to insure data integrity. Several signal types
are defined by this protocol: reset pulse, presence pulse, write 0, write 1, read 0, and read 1. All of these
signals, with the exception of the presence pulse, are initiated by the bus master.

INITIALIZATION PROCEDURE: RESET AND PRESENCE PULSES

All communication with the DS18B20X begins with an initialization sequence that consists of a reset
pulse from the master followed by a presence pulse from the DS18B20X. This is illustrated in Figure 13.
When the DS18B20X sends the presence pulse in response to the reset, it is indicating to the master that it
is on the bus and ready to operate.

During the initialization sequence the bus master transmits (TX) the reset pulse by pulling the 1-wire bus
low for a minimum of 480 s. The bus master then releases the bus and goes into receive mode (RX).
When the bus is released, the 5k pullup resistor pulls the 1-wire bus high. When the DS18B20X detects
this rising edge, it waits 1560 s and then transmits a presence pulse by pulling the 1-wire bus low for
60240 s.

INITIALIZATION TIMING Figure 13

            MASTER TX RESET PULSE                      MASTER RX
                   480 s minimum
                                                   480 s minimum
                              DS18B20X
                            waits 15-60 s   DS18B20X TX
                                            presence pulse

                                                60-240 s

VPU
1-WIRE BUS
GND

            LINE TYPE LEGEND
                         Bus master pulling low

                         DS18B20X pulling low

                         Resistor pullup

READ/WRITE TIME SLOTS

The bus master writes data to the DS18B20X during write time slots and reads data from the DS18B20X
during read time slots. One bit of data is transmitted over the 1-wire bus per time slot.

WRITE TIME SLOTS

There are two types of write time slots: "Write 1" time slots and "Write 0" time slots. The bus master
uses a Write 1 time slot to write a logic 1 to the DS18B20X and a Write 0 time slot to write a logic 0 to
the DS18B20X. All write time slots must be a minimum of 60 s in duration with a minimum of a 1 s
recovery time between individual write slots. Both types of write time slots are initiated by the master
pulling the 1-wire bus low (see Figure 14).

To generate a Write 1 time slot, after pulling the 1-wire bus low, the bus master must release the 1-wire
bus within 15 s. When the bus is released, the 5k pullup resistor will pull the bus high. To generate a
Write 0 time slot, after pulling the 1-wire bus low, the bus master must continue to hold the bus low for
the duration of the time slot (at least 60 s).

                                                                        14 of 21
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The DS18B20X samples the 1-wire bus during a window that lasts from 15 s to 60 s after the master
initiates the write time slot. If the bus is high during the sampling window, a 1 is written to the
DS18B20X. If the line is low, a 0 is written to the DS18B20X.

READ/WRITE TIME SLOT TIMING DIAGRAM Figure 14

START                                                           START
OF SLOT                                                         OF SLOT

                   MASTER WRITE "0" SLOT                                             MASTER WRITE "1" SLOT

                   60 s < TX "0" < 120                                   1 s < TREC <

                                                                                     > 1 s

VPU
1-WIRE BUS
GND

                        DS18B20X Samples                                    DS18B20X Samples

                   MIN    TYP                           MAX            MIN            TYP                   MAX

            15 s  15 s                 30 s                  15 s  15 s               30 s

                   MASTER READ "0" SLOT                                 MASTER READ "1" SLOT

VPU                                                              1 s < TREC <
1-WIRE BUS
GND                Master samples                       > 1 s         Master samples
                                 45 s
    > 1 s

            15 s                                               15 s

                   LINE TYPE LEGEND                             DS18B20X pulling low
                                Bus master pulling low

                                Resistor pullup

READ TIME SLOTS

The DS18B20X can only transmit data to the master when the master issues read time slots. Therefore,
the master must generate read time slots immediately after issuing a Read Scratchpad [BEh] or Read
Power Supply [B4h] command, so that the DS18B20X can provide the requested data. In addition, the
master can generate read time slots after issuing Convert T [44h] or Recall E2 [B8h] commands to find
out the status of the operation as explained in the DS18B20X FUNCTION COMMAND section.

All read time slots must be a minimum of 60 s in duration with a minimum of a 1 s recovery time
between slots. A read time slot is initiated by the master device pulling the 1-wire bus low for a
minimum of 1 s and then releasing the bus (see Figure 14). After the master initiates the read time slot,
the DS18B20X will begin transmitting a 1 or 0 on bus. The DS18B20X transmits a 1 by leaving the bus
high and transmits a 0 by pulling the bus low. When transmitting a 0, the DS18B20X will release the bus
by the end of the time slot, and the bus will be pulled back to its high idle state by the pullup resister.
Output data from the DS18B20X is valid for 15 s after the falling edge that initiated the read time slot.

                                                                        15 of 21
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Therefore, the master must release the bus and then sample the bus state within 15 s from the start of the
slot.

Figure 15 illustrates that the sum of TINIT, TRC, and TSAMPLE must be less than 15 s for a read time slot.
Figure 16 shows that system timing margin is maximized by keeping TINIT and TRC as short as possible
and by locating the master sample time during read time slots towards the end of the 15 s period.

DETAILED MASTER READ 1 TIMING Figure 15

VPU                                                                                 VIH of Master
1-WIRE BUS                                                                             Master samples
GND

                                  TINT > 1 s     TRC
                                                 15 s

RECOMMENDED MASTER READ 1 TIMING Figure 16

VPU                               VIH of Master
1-WIRE BUS
                                                                                    Master samples
GND

                    TINT = TRC =
                    small small

                                                 15 s

                                               LINE TYPE LEGEND
                                                            Bus master pulling low

                                                            Resistor pullup

RELATED APPLICATION NOTES

The following Application Notes can be applied to the DS18B20X. These notes can be obtained from the
Dallas Semiconductor "Application Note Book," via the Dallas website at http://www.dalsemi.com/, or
through our faxback service at (214) 4500441.

Application Note 27: "Understanding and Using Cyclic Redundancy Checks with Dallas Semiconductor
Touch Memory Product"
Application Note 55: "Extending the Contact Range of Touch Memories"
Application Note 74: "Reading and Writing Touch Memories via Serial Interfaces"
Application Note 104: "Minimalist Temperature Control Demo"
Application Note 106: "Complex MicroLANs"
Application Note 108: "MicroLAN In the Long Run"

Sample 1-wire subroutines that can be used in conjunction with AN74 can be downloaded from the
Dallas website or anonymous FTP Site.

                                                                        16 of 21
                                             DS18B20X

DS18B20X OPERATION EXAMPLE 1

In this example there are multiple DS18B20Xs on the bus and they are using parasite power. The bus
master initiates a temperature conversion in a specific DS18B20X and then reads its scratchpad and
recalculates the CRC to verify the data.

MASTER MODE  DATA (LSB FIRST)                                  COMMENTS
         TX           Reset        Master issues reset pulse.
         RX                        DS18B20Xs respond with presence pulse.
         TX         Presence       Master issues Match ROM command.
         TX             55h        Master sends DS18B20X ROM code.
         TX                        Master issues Convert T command.
         TX    64-bit ROM code     Master applies strong pullup to DQ for the duration of the
                        44h        conversion (tconv).
         TX                        Master issues reset pulse.
         RX  DQ line held high by  DS18B20Xs respond with presence pulse.
         TX       strong pullup    Master issues Match ROM command.
         TX           Reset        Master sends DS18B20X ROM code.
         TX         Presence       Master issues Read Scratchpad command.
         RX             55h        Master reads entire scratchpad including CRC. The master
                                   then recalculates the CRC of the first eight data bytes from the
               64-bit ROM code     scratchpad and compares the calculated CRC with the read
                       BEh         CRC (byte 9). If they match, the master continues; if not, the
                                   read operation is repeated.
                   9 data bytes

DS18B20X OPERATION EXAMPLE 2

In this example there is only one DS18B20X on the bus and it is using parasite power. The master writes
to the TH, TL, and configuration registers in the DS18B20X scratchpad and then reads the scratchpad and
recalculates the CRC to verify the data. The master then copies the scratchpad contents to EEPROM.

MASTER MODE  DATA (LSB FIRST)                                    COMMENTS
         TX           Reset        Master issues reset pulse.
         RX                        DS18B20X responds with presence pulse.
         TX         Presence       Master issues Skip ROM command.
         TX            CCh         Master issues Write Scratchpad command.
         TX            4Eh         Master sends three data bytes to scratchpad (TH, TL, and config).
         TX                        Master issues reset pulse.
         RX        3 data bytes    DS18B20X responds with presence pulse.
         TX           Reset        Master issues Skip ROM command.
         TX                        Master issues Read Scratchpad command.
         RX         Presence       Master reads entire scratchpad including CRC. The master then
                       CCh         recalculates the CRC of the first eight data bytes from the
         TX            BEh         scratchpad and compares the calculated CRC with the read CRC
         RX                        (byte 9). If they match, the master continues; if not, the read
         TX        9 data bytes    operation is repeated.
         TX                        Master issues reset pulse.
         TX           Reset        DS18B20X responds with presence pulse.
                    Presence       Master issues Skip ROM command.
                                   Master issues Copy Scratchpad command.
                       CCh         Master applies strong pullup to DQ for at least 10 ms while copy
                        48h        operation is in progress.
             DQ line held high by
                  strong pullup

                                   17 of 21
                                                                                          DS18B20X

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS*

Voltage on any pin relative to ground      0.5V to +6.0V

Operating temperature                      55C to +125C

Storage temperature                        55C to +125C

Soldering temperature                      See J-STD-020A Specification

*These are stress ratings only and functional operation of the device at these or any other conditions
  above those indicated in the operation sections of this specification is not implied. Exposure to absolute
  maximum rating conditions for extended periods of time may affect reliability.

DC ELECTRICAL CHARACTERISTICS (-55C to +125C; VDD=3.0V to 5.5V)

PARAMETER              SYMBOL CONDITION MIN TYP                       MAX UNITS NOTES

Supply Voltage         VDD             Local Power +3.0               +5.5            V   1
Pullup Supply
Voltage                VPU Parasite Power +3.0                        +5.5            V   1,2
Thermometer Error
                                       Local Power +3.0               VDD

                       tERR            0C to +70C                           2      C  3

                                       -55C to                               3

                                       +125C

Input Logic Low        VIL                           -0.3             +0.8            V   1,4,5
Input Logic High                                                                          1, 6
                       VIH             Local Power +2.2               The lower of V

                                                                      5.5

                                       Parasite Power +3.0                    or

                                                                      VDD + 0.3

Sink Current           IL              VI/O=0.4V     4.0                              mA  1
Standby Current
Active Current         IDDS                                     750   1000            nA  7,8
DQ Input Current
Drift                  IDD             VDD=5V                   1     1.5             mA  9

                       IDQ                                      5                     A  10

                                                                0.2                  C  11

NOTES:

1. All voltages are referenced to ground.

2. The Pullup Supply Voltage specification assumes that the pullup device is ideal, and therefore the
     high level of the pullup is equal to VPU. In order to meet the VIH spec of the DS18B20X, the actual
     supply rail for the strong pullup transistor must include margin for the voltage drop across the
     transistor when it is turned on; thus: VPU_ACTUAL = VPU_IDEAL + VTRANSISTOR.

3. See typical performance curve in Figure 17

4. Logic low voltages are specified at a sink current of 4 mA.

5. To guarantee a presence pulse under low voltage parasite power conditions, VILMAX may have to be
     reduced to as low as 0.5V.

6. Logic high voltages are specified at a source current of 1 mA.

7. Standby current specified up to 70C. Standby current typically is 3 A at 125C.

8. To minimize IDDS, DQ should be within the following ranges: GND  DQ  GND + 0.3V or VDD
     0.3V  DQ  VDD.

9. Active current refers to supply current during active temperature conversions or EEPROM writes.

10. DQ line is high ("hi-Z" state).

11. Drift data is based on a 1000 hour stress test at 125C with VDD = 5.5V.

                                               18 of 21
                                                                                                                                DS18B20X

AC ELECTRICAL CHARACTERISTICS: NV MEMORY

                                                                                                 (-55C to +100C; VDD=3.0V to 5.5V)

      PARAMETER                                SYMBOL CONDITION MIN TYP MAX UNITS

NV Write Cycle Time                            twr                                                                   2      10  ms

EEPROM Writes                                  NEEWR                            -55C to +55C 50k                              writes

EEPROM Data Retention                          tEEDR                            -55C to +55C 10                               years

AC ELECTRICAL CHARACTERISTICS (-55C to +125C; VDD=3.0V to 5.5V)

PARAMETER                                      SYMBOL CONDITION MIN TYP MAX UNITS NOTES

Temperature Conversion                         tCONV                            9-bit resolution                     93.75 ms   1

Time                                                                 10-bit resolution                               187.5 ms   1

                                                                     11-bit resolution                               375 ms     1

                                                                     12-bit resolution                               750 ms     1

Time to Strong Pullup On                       tSPON     Start Convert T                                                10  s
                                                        Command Issued

Time Slot                                      tSLOT                                                            60   120 s     1

Recovery Time                                  tREC                                                             1           s  1

Write 0 Low Time                               rLOW0                                                            60   120 s     1

Write 1 Low Time                               tLOW1                                                            1       15  s  1

Read Data Valid                                tRDV                                                                     15  s  1

Reset Time High                                tRSTH                                                            480         s  1

Reset Time Low                                 tRSTL                                                            480         s  1,2

Presence Detect High                           tPDHIGH                                                          15      60  s  1

Presence Detect Low                            tPDLOW                                                           60   240 s     1

Capacitance                                    CIN/OUT                                                                  25  pF

NOTES:

1. Refer to timing diagrams in Figure 18.
2. Under parasite power, if tRSTL > 960 s, a power on reset may occur.

TYPICAL PERFORMANCE CURVE Figure 17

                                                        DS18B20X Typical Thermometer Error
                                                                     (VDD = 3.0V - 5.5V)

                                         3

                                         2.5

                                         2

                 Thermometer Error (C)  1.5

                                                                                                     +3s Error

                                           1

                                         0.5

                                                                           Mean Error

                                           0

                                              -50 -40 -30 -20 -10 0             10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
                                         -0.5

                                         -1

                                         -1.5

                                                                     -3s Error

                                           -2

                                         -2.5

                                         -3

                                                                                  Reference Temperature (C)

                                                                                       19 of 21
                                     DS18B20X

TIMING DIAGRAMS Figure 18

                           20 of 21
                                   DS18B20X

DS18B20X MECHANICAL SPECIFICATION

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