1 概述

DS1820 是美國DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理，而且每片DS1820都有唯一的產(chǎn)品號(hào)并可存入其ROM中，以使在構(gòu)成大型溫度測(cè)控系統(tǒng)時(shí)在單線上掛任意多個(gè) DS1820芯片。從DS1820讀出或?qū)懭隓S1820信息僅需要一根口線，共讀寫及溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可以向所掛接的 DS1820供電，而無需額處電源。DS1820能提供九位溫度讀數(shù)，它無需任何外圍硬件即可方便地構(gòu)成溫度檢測(cè)系統(tǒng)。

2 DS1820的工作原理

DS1820采用3腳PR-35封裝或8腳SOIC封裝，管腳排列如圖1所示。圖中GND為地，I/O為數(shù)據(jù)輸入/輸出端（即單線總線），該腳為漏極開路輸出，常態(tài)下呈高電平。VDD是外部+5V電源端，不用時(shí)應(yīng)接地。NC為空腳。

圖2所示為DS1820的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器（內(nèi)含便箋式RAM），用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL解發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）發(fā)生器等七部分。

2.1 寄生電源

寄生電源由二極管VD1、VD2和寄生電容C組成。電源檢測(cè)電路用于判定供電方式。寄生電源供電時(shí)，VDD端接地，器件從單線總線上獲取電源。在 I/O線呈低電平時(shí)，改由C上的電壓Vc繼續(xù)向器件供電。該寄生電源有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，檢測(cè)遠(yuǎn)程溫度時(shí)無需本地電源；第二，缺少正常電源時(shí)也能讀ROM。若采用外部電源VDD，則通過VD2向器件供電。

2.2 溫度測(cè)量原理

DS1820 測(cè)量溫度時(shí)使用特有的溫度測(cè)量技術(shù)。其測(cè)量電路框圖如圖3所示。DS1820內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào)f0，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)f。當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS1820對(duì)f0計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)門開通時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對(duì)頻率的非線性予以被償。測(cè)量結(jié)果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應(yīng)為9位（符號(hào)點(diǎn)1位），但因符號(hào)位擴(kuò)展成高8位，故以16位被碼形式讀出，表1給出了溫度和數(shù)字量的關(guān)系。

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2.3 64位激光ROM

64位ROM的結(jié)構(gòu)如下：

開始8位是產(chǎn)品類型的編號(hào)（DS1820為10H），接著是每個(gè)器件的唯一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前56位的CRC校驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS1820可以采用一線進(jìn)行通信的原因。主機(jī)操作ROM的命令有五種，如表2所列

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2.4 高速暫存器

它由便箋式RAM和非易失性電擦寫 EERAM組成，后者用于存儲(chǔ)TH、TL值。數(shù)據(jù)選寫入RAM，經(jīng)校驗(yàn)后再傳給EERAM。便箋式EAM點(diǎn)9個(gè)字節(jié)，包括溫度信息（第1、2字節(jié)）、TH 和TL值（3、4字節(jié)）、計(jì)數(shù)寄存器（7、8字節(jié)）、CRC（第9字節(jié)）等，第5、6字節(jié)不用。暫存器的命令共6條，見表3所列。

在正常測(cè)溫情況下，DS1820的測(cè)溫分辨力為0.5℃，可采用下述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)際溫度的整數(shù)部分Tz，然后現(xiàn)用BEH指令取計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值Cs和每度計(jì)數(shù)值CD?？紤]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Ts可用下式計(jì)算：
Ts=（Tz-0.25℃）+(CD-Cs)/CD

2.5 告警信號(hào)

DS1820 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與TH、TL作比較。若T>TH或T<TL，則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并對(duì)主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只DS1820同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行告警搜索。一旦某測(cè)溫點(diǎn)越限，主機(jī)利用告警搜索命令即可識(shí)別正在告警的器件，并讀出其序號(hào)，而不必考慮非告警器件。

2.6 CRC的產(chǎn)生

在64 位ROM的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）。主機(jī)根據(jù)ROM的前56位來計(jì)算CRC值，并和存入DS1820中的CRC值作比較，以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。CRC的函數(shù)表達(dá)式為：CRC=X8+X5+X3+1。此外，DS1820尚需依上式為暫存器中的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生一個(gè)8位CRC 送給主機(jī)，以確保暫存器數(shù)據(jù)傳送無誤。

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3 多路溫度測(cè)控儀的電路設(shè)計(jì)

用單片機(jī)控制的多路測(cè)度測(cè)控儀的電路如圖4所示?，F(xiàn)用6只DS1820同時(shí)測(cè)控6路溫度（視實(shí)際需要還可任意擴(kuò)展通道數(shù)）。圖4中采用89C51單片機(jī)，其 P1.1口接單線總線。DS1820采用寄生電源供電方式。為保證在有效的DS1820時(shí)鐘周期內(nèi)能提供足夠的電流，圖4中采用一個(gè)MOSFET管和 89C51的H.0口來完成對(duì)DS1820的總線上拉。P1.2～P1.7口用來輸出溫度測(cè)控信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器MC1413后分別驅(qū)動(dòng)6只固態(tài)繼電器，通過改變加熱或致冷系統(tǒng)的工作狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)被監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。

為提高系統(tǒng)的可靠性，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了由硬件與軟件組成的“看門狗”。硬件看門狗由MAX813L及其外圍電路組成，同時(shí)還具有電源監(jiān)控和復(fù)位功能。 P1.1定時(shí)輸出喂狗，按鍵S1為手動(dòng)復(fù)位。鍵盤掃描和動(dòng)態(tài)掃描的顯示共用一片可編程接口芯征8279，顯示采用8位共陰極LED數(shù)碼管，它可用來顯示通道數(shù)、溫度測(cè)量值以及TH、TL的值。

需要注意的是，在系統(tǒng)安裝及工作之前應(yīng)將主機(jī)逐個(gè)與DS1820掛接，以讀出其序列號(hào)。其工作過程為：主機(jī)發(fā)出一個(gè)脈沖，待“0”電平大于 480μs后，復(fù)位DA1820，在 DS1820所發(fā)響應(yīng)脈沖由主機(jī)接收后，主機(jī)再發(fā)讀ROM命令代碼33H，然后發(fā)一個(gè)脈沖（15μs），并接著讀取DS1820序列號(hào)的一位。用同樣方法讀取序列號(hào)的56位。另外，由于DS1820單線通信功能是分時(shí)完成的，遵循嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此，系統(tǒng)對(duì)DS1820和各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行，即：初始化DS1820（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)。系統(tǒng)對(duì)DS1820操作的總體流程圖如圖5所示