來(lái)源：電子技術(shù)應(yīng)用  作者：清華大學(xué)精儀系 鮑 方 董景新 趙長(zhǎng)德

    摘要：在各種傳感器的設(shè)計(jì)中，溫度是影響其性能指標(biāo)的一個(gè)重要因素。在對(duì)體積限制很嚴(yán)格的條件下，解決了硅微加速度計(jì)設(shè)計(jì)中的內(nèi)部溫度測(cè)量問(wèn)題。主要討論了內(nèi)嵌于加速度計(jì)的微型數(shù)字溫度傳感器DS18B20U的功能特點(diǎn)和使用要點(diǎn)，并且介紹了“一線”網(wǎng)關(guān)的硬件及軟件設(shè)計(jì)。此項(xiàng)技術(shù)已有后續(xù)的軟件開(kāi)發(fā)實(shí)例。

    關(guān)鍵詞：數(shù)字溫度傳感器 DS18B20U “一線”總線 網(wǎng)關(guān)

    隨著技術(shù)的發(fā)展，各種慣性器件的性能在不斷提高，體積也在不斷小型化。對(duì)于慣性器件（如加速度計(jì)、陀螺）性能的提高，溫度補(bǔ)償作為一種重要的修正方式越來(lái)越引起人們的注意，因此如何在慣性器件極小的空間內(nèi)精確地測(cè)量、傳輸、處理溫度信息，成了能否使其性能和體積優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步提高的關(guān)鍵問(wèn)題。

　　1 DS18B20U和“一線”總線

    在研制新一代的微型MMS加速度計(jì)時(shí)，溫度測(cè)量的難題以一次擺在人們的面前。在3～4cm3的空間內(nèi)放置一個(gè)傳統(tǒng)的SO-8或TO-92封裝的器件都顯得擁擠，更何況還要旋轉(zhuǎn)一個(gè)非主要功能的溫度傳感器了。

    縱觀國(guó)際上現(xiàn)有的溫度傳感器的變化，總的趨勢(shì)是從模擬向數(shù)字轉(zhuǎn)變，相應(yīng)的體積也在不斷減小。在體積非�？量痰膽T性器件中使用高精度、數(shù)字輸出型的溫度傳感器，MAXIM公司的DS18B20U最為符合要求。DS1820U是DS18B20系列產(chǎn)品中的一種。與以往模擬溫度信號(hào)的輸出不同，DS18B20的數(shù)字溫度輸出通過(guò)“一線”總線（1-Wire是被MAXIM公司收購(gòu)的DALLAS公司新?lián)碛械囊环N獨(dú)特的數(shù)字信號(hào)總線協(xié)議，它將獨(dú)特的電源線和信號(hào)線復(fù)合在一起，僅使用一條口線；每個(gè)芯片唯一編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址、零功耗等待等，是所需硬件連線最少的一種總線）這種獨(dú)特的方式，使多個(gè)DS18B20U方便地組建成傳感器網(wǎng)絡(luò)，為整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的建立和組合提供了更大可能性。

    DS18B20真正令人驚奇的是其μSOP封裝，這種封裝只有3.0mm×6.4mm的水平尺寸，高度小于1.2mm。這樣可以節(jié)省更多的印刷電路板空間，非常適合于集成度高、對(duì)尺寸要求嚴(yán)格的慣性器件電路。因此在本加速度計(jì)的狹窄空間中使用，它是最為合適的內(nèi)嵌式溫度傳感器件。

    DS18B20溫度傳感器的主要性能指標(biāo)為：

    *“一線”總線接口令需一個(gè)端口進(jìn)行通訊。

    *簡(jiǎn)單的多點(diǎn)分布應(yīng)用。

    *可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電。

    *測(cè)溫范圍為-55～+125℃，在-10～+85℃的范圍內(nèi)，精度為±0.5℃。

    *溫度以9～12位數(shù)字量讀出，分辨率為0.0625℃。

    *U型產(chǎn)品采用超小型的μSOP封裝，大大減小了體積。

    以下介紹DS18B20U的一些使用要點(diǎn)，更詳細(xì)的信息可以參考MAXIM公司網(wǎng)站提供的DS18B20的Datasheet(英文版)。

    1.1 DS18B20U的溫度測(cè)量時(shí)間

    DS18B20U作為溫度傳感器。

    1.2 DS18B20U的“一線”總線標(biāo)識(shí)序號(hào)

    每一個(gè)DS18B20U都有一個(gè)唯一的64位的“一線”總線標(biāo)識(shí)序號(hào)，存放在DS18B20U的內(nèi)部ROM（只讀存儲(chǔ)器）中。開(kāi)始8位是產(chǎn)品類型編碼（DS18B20編碼均為28H），接著的48位是每個(gè)器件的唯一序號(hào)，最后8位是前面56位的CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)）碼。

    1.3 DS18B20U的溫度數(shù)據(jù)表示格式

    DS18B20U中有用于存儲(chǔ)測(cè)得溫度值的兩個(gè)8位寄存器，它們存儲(chǔ)的溫度數(shù)據(jù)由兩個(gè)字節(jié)組成，分別為L(zhǎng)S Byte(低字節(jié))和MS Byte(高字節(jié))，MS Byte的高5位存放溫度值的符號(hào)，如果溫度為負(fù)（℃），則MS Byte的高5位全為1，否則全為0。LS Byte的8位和MS Byte的低3位用于存放溫度值的補(bǔ)碼，LSB(最低位)為0.0625℃。將寄存器中的二進(jìn)制數(shù)求補(bǔ)，就得到了被測(cè)溫度值（-55℃～+125℃）。

    1.4 DS18B20U的供電方式

    DS18B20可以設(shè)置成兩種供電方式，即數(shù)據(jù)總線供電方式和外部供電方式。采取數(shù)據(jù)總線供電方式可以節(jié)省一根導(dǎo)線，但由此帶來(lái)的缺點(diǎn)是完成溫度測(cè)量的時(shí)間較長(zhǎng)；而采取外部供電方式則多用一根導(dǎo)線，但測(cè)量速度較快。注意：采用超小型μSOP封裝的DS18B20U不適合使用數(shù)據(jù)總線供電方式。

    1.5 DS18B20U的多路同步測(cè)量