作者：長(zhǎng)春市華新技術(shù)研究開發(fā)中心（130012） 賈振國 來源：《電子技術(shù)應(yīng)用 》

ds1820及其高精度溫度測(cè)量的實(shí)現(xiàn)

摘 要： 結(jié)合數(shù)字溫度傳感器ds1820在水輪發(fā)電機(jī)組軸瓦溫度測(cè)量中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，提出了用ds1820實(shí)現(xiàn)軸瓦溫度高精度、高可靠性測(cè)量的可行性方案。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字溫度傳感器 ds1820 高精度 溫度測(cè)量

在傳統(tǒng)的模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補(bǔ)償問題、多點(diǎn)測(cè)量切換誤差問題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問題等技術(shù)問題，才能夠達(dá)到較高的測(cè)量精度。我們?cè)跒槟乘娬鹃_發(fā)水輪發(fā)電機(jī)組軸瓦溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，為了克服上面提到的三個(gè)問題，采用了新型數(shù)字溫度傳感器ds1820，在對(duì)其測(cè)溫原理進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，提出了提高ds1820測(cè)量精度的方法，使ds1820的測(cè)量精度由0.5℃提高到0.1℃以上，取得了良好的測(cè)溫效果。

１ ds1820簡(jiǎn)介

ds1820是美國dallas-p.htm" target="_blank" title="dallas貨源和pdf資料">dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（on-b0ard）專利技術(shù)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。與其它溫度傳感器相比，ds1820具有以下特性：

（1）獨(dú)特的單線接口方式，ds1820在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與ds1820的雙向通訊。

（2）ds1820支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)ds1820可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。

（3）ds1820在使用中不需要任何外圍元件。

（4）溫范圍－55℃～＋125℃，固有測(cè)溫分辨率0.5℃。

（5）測(cè)量結(jié)果以9位數(shù)字量方式串行傳送。

ds1820內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

ds1820測(cè)溫原理如圖2所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1 ，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖2中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。

在正常測(cè)溫情況下，ds1820的測(cè)溫分辯率為0.5℃以9位數(shù)據(jù)格式表示，其中最低有效位（lsb）由比較器進(jìn)行0.25℃比較，當(dāng)計(jì)數(shù)器1中的余值轉(zhuǎn)化成溫度后低于0.25℃時(shí)，清除溫度寄存器的最低位（lsb），當(dāng)計(jì)數(shù)器1中的余值轉(zhuǎn)化成溫度后高于0.25℃，置位溫度寄存器的最低位（lsb），如－25.5℃對(duì)應(yīng)的9位數(shù)據(jù)格式如下：

2 提高ds1820測(cè)溫精度的途徑

2.1 ds1820高精度測(cè)溫的理論依據(jù)

ds1820正常使用時(shí)的測(cè)溫分辨率為0.5℃，這對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)組軸瓦溫度監(jiān)測(cè)來講略顯不足，在對(duì)ds1820測(cè)溫原理詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，我們采取直接讀取ds1820內(nèi)部暫存寄存器的方法，將ds1820的測(cè)溫分辨率提高到0.1℃～0.01℃．

ds1820內(nèi)部暫存寄存器的分布如表1所示，其中第7字節(jié)存放的是當(dāng)溫度寄存器停止增值時(shí)計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值，第8字節(jié)存放的是每度所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值，這樣，我們就可以通過下面的方法獲得高分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果。首先用ds1820提供的讀暫存寄存器指令(beh)讀出以0.5℃為分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果，然后切去測(cè)量結(jié)果中的最低有效位(lsb)，得到所測(cè)實(shí)際溫度整數(shù)部分t整數(shù)，然后再用beh指令讀取計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值m剩余和每度計(jì)數(shù)值m每度，考慮到ds1820測(cè)量溫度的整數(shù)部分以0.25℃、0.75℃為進(jìn)位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度t實(shí)際可用下式計(jì)算得到：

t實(shí)際=(t整數(shù)－0.25℃)+(m每度－m剩余)/m每度

作者：長(zhǎng)春市華新技術(shù)研究開發(fā)中心（130012） 賈振國 來源：《電子技術(shù)應(yīng)用 》

ds1820及其高精度溫度測(cè)量的實(shí)現(xiàn)

摘 要： 結(jié)合數(shù)字溫度傳感器ds1820在水輪發(fā)電機(jī)組軸瓦溫度測(cè)量中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，提出了用ds1820實(shí)現(xiàn)軸瓦溫度高精度、高可靠性測(cè)量的可行性方案。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字溫度傳感器 ds1820 高精度 溫度測(cè)量

在傳統(tǒng)的模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補(bǔ)償問題、多點(diǎn)測(cè)量切換誤差問題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問題等技術(shù)問題，才能夠達(dá)到較高的測(cè)量精度。我們?cè)跒槟乘娬鹃_發(fā)水輪發(fā)電機(jī)組軸瓦溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，為了克服上面提到的三個(gè)問題，采用了新型數(shù)字溫度傳感器ds1820，在對(duì)其測(cè)溫原理進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，提出了提高ds1820測(cè)量精度的方法，使ds1820的測(cè)量精度由0.5℃提高到0.1℃以上，取得了良好的測(cè)溫效果。

１ ds1820簡(jiǎn)介

ds1820是美國dallas-p.htm" target="_blank" title="dallas貨源和pdf資料">dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（on-b0ard）專利技術(shù)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。與其它溫度傳感器相比，ds1820具有以下特性：

（1）獨(dú)特的單線接口方式，ds1820在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與ds1820的雙向通訊。

（2）ds1820支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)ds1820可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。

（3）ds1820在使用中不需要任何外圍元件。

（4）溫范圍－55℃～＋125℃，固有測(cè)溫分辨率0.5℃。

（5）測(cè)量結(jié)果以9位數(shù)字量方式串行傳送。

ds1820內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

ds1820測(cè)溫原理如圖2所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1 ，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖2中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。

在正常測(cè)溫情況下，ds1820的測(cè)溫分辯率為0.5℃以9位數(shù)據(jù)格式表示，其中最低有效位（lsb）由比較器進(jìn)行0.25℃比較，當(dāng)計(jì)數(shù)器1中的余值轉(zhuǎn)化成溫度后低于0.25℃時(shí)，清除溫度寄存器的最低位（lsb），當(dāng)計(jì)數(shù)器1中的余值轉(zhuǎn)化成溫度后高于0.25℃，置位溫度寄存器的最低位（lsb），如－25.5℃對(duì)應(yīng)的9位數(shù)據(jù)格式如下：

2 提高ds1820測(cè)溫精度的途徑

2.1 ds1820高精度測(cè)溫的理論依據(jù)

ds1820正常使用時(shí)的測(cè)溫分辨率為0.5℃，這對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)組軸瓦溫度監(jiān)測(cè)來講略顯不足，在對(duì)ds1820測(cè)溫原理詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，我們采取直接讀取ds1820內(nèi)部暫存寄存器的方法，將ds1820的測(cè)溫分辨率提高到0.1℃～0.01℃．

ds1820內(nèi)部暫存寄存器的分布如表1所示，其中第7字節(jié)存放的是當(dāng)溫度寄存器停止增值時(shí)計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值，第8字節(jié)存放的是每度所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值，這樣，我們就可以通過下面的方法獲得高分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果。首先用ds1820提供的讀暫存寄存器指令(beh)讀出以0.5℃為分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果，然后切去測(cè)量結(jié)果中的最低有效位(lsb)，得到所測(cè)實(shí)際溫度整數(shù)部分t整數(shù)，然后再用beh指令讀取計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值m剩余和每度計(jì)數(shù)值m每度，考慮到ds1820測(cè)量溫度的整數(shù)部分以0.25℃、0.75℃為進(jìn)位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度t實(shí)際可用下式計(jì)算得到：

t實(shí)際=(t整數(shù)－0.25℃)+(m每度－m剩余)/m每度