傳統的溫度檢測大多以熱敏電阻為傳感器，采用熱敏電阻，可滿足 40 攝氏度 至 90 攝氏度 測量范圍，但熱敏電阻可靠性差，測量溫度準確率低，對于 1 攝氏度 的信號是不適用的，還得經過專門的接口電路轉換成數字信號才能由微處理器進行處理。

    目前常用的微機與外設之間進行的數據通信的串行總線主要有 I 2C 總線， SPI 總線等。其中 I 2C 總線以同步串行 2 線方式進行通信（一條時鐘線，一條數據線）， SPI 總線則以同步串行 3 線方式進行通信（一條時鐘線，一條數據輸入線，一條數據輸出線）。這些總線至少需要兩條或兩條以上的信號線。而單總線（ 1-wire bus ），采用單根信號線，既可傳輸數據，而且數據傳輸是雙向的， CPU 只需一根端口線就能與諸多單總線器件通信，占用微處理器的端口較少，可節省大量的引線和邏輯電路。 因而，這種單總線技術具有線路簡單，硬件開銷少，成本低廉，軟件設計簡單，便于總線擴展和維護。同時，基于單總線技術能較好地解決傳統識別器普遍存在的攜帶不便，易損壞，易受腐饋，易受電磁干擾等不足，因此，單總線具有廣闊的應用前景，是值得關注的一個發展領域。

     單總線即只有一根數據線，系統中的數據交換，控制都由這根線完成。主機或從機通過一個漏極開路或三態端口連至數據線，以允許設備在不發送數據時能夠釋放總線，而讓其它設備使用總線。單總線通常要求外接一個約為 4.7K 的上拉電阻，這樣，當總線閑置時其狀態為高電平。

     DS18B20 數字式溫度傳感器，與傳統的熱敏電阻有所不同的是，使用集成芯片，采用單總線技術，其 能夠有效的減小外界的干擾，提高測量的精度，同時，它 可以直接將被測溫度轉化成串行數字信號供微機處理，接口簡單， 使數據傳輸和處理簡單化。 部分功能電路的集成，使總體硬件設計更簡潔，能 有效地降低成本， 搭建電路和焊接電路時更快，調試也更方便簡單化，這也就 縮短了開發的周期 。

DS18B20 單線數字溫度傳感器，即“一線器件”，其具有*的優點：

     （ 1 ）采用單總線的接口方式 與微處理器連接時 僅需要一條口線即可實現微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 單總線具有經濟性好，抗*力強，適合于惡劣環境的現場溫度測量，使用方便等優點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統的構建引入全新概念。

     （ 2 ）測量溫度范圍寬，測量精度高 DS18B20 的測量范圍為 -55 ℃ ~+ 125 ℃ ； 在 -10~+ 85°C 范圍內，精度為 ± 0.5°C 。

     （ 3 ）在使用中不需要任何外圍元件。

     （ 4 ）持多點組網功能 多個 DS18B20 可以并聯在惟一的三線上，實現多點測溫。

     （ 5 ）供電方式靈活 DS18B20 可以通過內部寄生電路從數據線上獲取電源。因此，當數據線上的時序滿足一定的要求時，可以不接外部電源，從而 使系統結構更趨簡單，可靠性更高。

     （ 6 ）測量參數可配置 DS18B20 的測量分辨率可通過程序設定 9~12 位。

     （ 7 ） 負壓特性 電源極性接反時，溫度計不會因發熱而燒毀，但不能正常工作。

（ 8 ）掉電保護功能 DS18B20 內部含有 EEPROM ，在系統掉電以后，它仍可保存分辨率及報警溫度的設定值。

     DS18B20 具有體積更小、適用電壓更寬、更經濟、可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍，適合于構建自己的經濟的測溫系統，因此也就被設計者們所青睞。

DS18B20的內部結構

DS18B20測溫原理

DS18B20 的內部測溫電路框圖

     低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器 1 ，為計數器提供一頻率穩定的計數脈沖。高溫度系數晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，很敏感的振蕩器，所產生的信號作為減法計數器 2 的脈沖輸入，為計數器 2 提供一個頻率隨溫度變化的計數脈沖。圖中還隱含著計數門，當計數門打開時， DS18B20 就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖后進行計數，進而完成溫度測量。計數門的開啟時間由高溫度系數振蕩器來決定，每次測量前，首先將 -55 ℃ 所對應的基數分別置入減法計數器 1 和溫度寄存器中，減法計數器 1 和溫度寄存器被預置在 -55 ℃ 所對應的一個基數值。減法計數器 1 對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當減法計數器 1 的預置值減到 0 時溫度寄存器的值將加 1 ，減法計數器 1 的預置將重新被裝入，減法計數器 1 重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環直到減法計數器 2 計數到 0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數器的預置值，只要計數門仍未關閉就重復上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值。

DS18B20 的管腳排列及封裝圖

DQ 為數字信號輸入 / 輸出端； GND 為電源地； VDD 為外接供電電源輸入端，電源供電 3.0~5.5V （在寄生電源接線方式時接地）。

寄生電源工作方式

外接電源工作方式

     注意：當溫度高于 １００℃ 時，不能使用寄生電源，因為此時器件中較大的漏電流會使總線不能可靠檢測高低電平，從而導致數據傳輸誤碼率的增大。

     DS18B20 內部結構主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM 、溫度傳感器、非揮發的溫度報警觸發器 TH 和 TL 、配置寄存器。

     光刻 ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼。 64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8 位（地址： 28H ）是產品類型標號，接著的 48 位是該 DS18B20 自身的序列號，并且每個 DS18B20 的序列號都不相同，因此它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼；zui后 8 位則是前面 56 位的循環冗余校驗碼（ CRC=X8+X5+X4+1 ）。由于每一個 DS18B20 的 ROM 數據都各不相同，因此微控制器就可以通過單總線對多個 DS18B20 進行尋址，從而實現一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的。

64 b 閃速 ROM

     DS18B20 中的溫度傳感器用于完成對溫度的測量，它的測量精度可以配置成 9 位， 10 位， 11 位或 12 位 4 種狀態。溫度傳感器在測量完成后將測量的結果存儲在 DS18B20 的兩個 8BIT 的 RAM 中，單片機可通過單線接口讀到該數據，讀取時低位在前，高位在后數據的存儲格式如下表（以 12 位轉化為例）：

　溫度信號寄存器格式

     這是 12 位轉化后得到的 12 位數據，存儲在 18B20 的兩個 8 比特的 RAM 中，二進制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于 0 ，這 5 位為 0 ，只要將測到的數值乘于 0.0625 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0 ，這 5 位為 1 ，測到的數值需要取反加 1 再乘于 0.0625 即可得到實際溫度。

     例如： + 125 ℃ 的數字輸出為07D0H ， + 25.0625 ℃ 的數字輸出為0191H ， -25.0625 ℃ 的數字輸出為 FF6FH ， -55 ℃ 的數字輸出為 FC90H 。

     DS18B20 完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與 TH ， TL 作比較，若 T>TH 或 T<TL, 則將該器件內的告警標志置位，并對主機發出的告警搜索命令作出響應。因此，可用多只 DS18B20 同時測量溫度并進行告警搜索。

DS18B20 溫度傳感器的存儲器

     DS18B20 溫度傳感器的內部存儲器包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失性的可電擦除的 E2RAM, 后者存放高溫度和低溫度觸發器 TH 、 TL 和結構寄存器。數據先寫入 RAM ，經校驗后再傳給 E2RAM 。

     暫存存儲器包含了 8 個連續字節，前兩個字節是測得的溫度信息，*個字節的內容是溫度的低八位 TL ，第二個字節是溫度的高八位 TH 。第三個和第四個字節是 TH 、 TL 的易失性拷貝，第五個字節是結構寄存器的易失性拷貝，這三個字節的內容在每一次上電復位時被刷新。第六、七、八個字節用于內部計算。第九個字節是冗余檢驗字節，可用來保證通信正確。 DS18B20 的分布如下：

   DS18B20 的暫存寄存器分布

     在 64 b ROM 的zui高有效字節中存儲有循環冗余校驗碼（ CRC ）。主機根據 ROM 的前 56 位來計算 CRC 值，并和存入 DS18B20 中的 CRC 值做比較，以判斷主機收到的 ROM 數據是否正確。

設置寄存器

設置寄存器位于高速閃存的低5個字節，這個寄存器中的內容被用來確定溫度的轉換精度。寄存器各位的內容如下：

DS18B20 的設置寄存器各位內容

     該寄存器的低五位一直都是 1 ， TM 是測試模式位，用于設置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式。在 DS18B20 出廠時該位被設置為 0 ，用戶不要去改動。 R1 和 R0 用來設置分辨率，如下表所示：（ DS18B20 出廠時被設置為 12 位）

分辨率設置

     由表可知，設定的分辨率越高，所需要的溫度數據轉換時間就越長。因此，在實際應用中要在分辨率和轉換時間權衡考慮。

DS18B20 的溫度測量

     1-WIRE 網絡具有嚴謹的控制結構，其結構如下圖所示，一般通過雙絞線與 1-WIRE 元件進行數據通信，它們通常被定義為漏極開路端點，主 / 從式多點結構，而且一般都在主機端接上一個上拉電阻 +5V 電源。通常為了給 1-WIRE 設備提供足夠的電源，需要一個 MOSFET 管將 1-WIRE 總線上拉至 +5V 電源。

DS18B20 組成的 1-WIRE 網絡

     1-WIRE 網絡通信協議是分時定義的，有嚴格的時隙概念，下圖是復位脈沖的時隙。

1-WIRE 協議的復位脈沖時隙

1-WIRE 讀寫“ 0/ 1 ” 時隙

     DS18B20 單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，如果出現序列混亂， 1-WIRE 器件將不響應主機，因此讀寫時序很重要。系統對 DS18B20 的各種操作必須按協議進行。根據 DS18B20 的協議規定，微控制器控制 DS18B20 完成溫度的轉換必須經過以下 4 個步驟 ：

     （１）每次讀寫前對 DS18B20 進行復位初始化。復位要求主 CPU 將數據線下拉 500ms ，然后釋放， DS18B20 收到信號后等待 16ms~60ms 左右，然后發出 60ms~240ms 的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號后表示復位成功。

     （２）發送一條 ROM 指令，如下表所示：

DS18B20 的 ROM 指令集

     （３）發送存儲器指令，如下表所示：

指令名稱	指令代碼	指令功能
溫度變換	44H	啟動 DS18B20 進行溫度轉換，轉換時間zui長為 500ms （典型為 200ms ），結果存入內部 9 字節 RAM 中
讀暫存器	0BEH	讀內部 RAM 中 9 字節的內容
寫暫存器	4EH	發出向內部 RAM 的第 3 ， 4 字節寫上，下限溫度數據命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節的數據
復制暫存器	48H	將 RAM 中第 3 ， 4 字節的內容復制到 EEPROM 中
重調 EEPROM	0B8H	EEPROM 中的內容恢復到 RAM 中的第 3 ， 4 字節
讀供電方式	0B4H	讀 DS18B20 的供電模式，寄生供電時 DS18B20 發送“ 0 ”，外接電源供電 DS18B20 發送“ 1 ”

DS18B20 的存儲器指令集

（4）進行數據通信。

DS18B20 使用中注意事項

     DS1820 雖然具有測溫系統簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優點，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題：

     （ 1 ）每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進行復位，復位成功后發送一條 ROM 指令，zui后發送 RAM 指令，這樣才能對 DS18B20 進行預定的操作。復位要求主 CPU 將數據線下拉 500 微秒，然后釋放， DS18B20 收到信號后等待 16 ～ 60 微秒左右，后發出 60 ～ 240 微秒的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號表示復位成功。（所有的讀寫時序至少需要 60us ，且每個獨立的時序之間至少需要 1us 的恢復時間。在寫時序時，主機將在下拉低總線 15us 之內釋放總線，并向單總線器件寫 1 ；若主機拉低總線后能保持至少 60us 的低電平，則向單總線器件寫 0 。單總線僅在主機發出讀寫時序時才向主機傳送數據，所以，當主機向單總線器件發出讀數據指令后，必須馬上產生讀時序，以便單總線器件能傳輸數據。）

     （ 2 ）在寫數據時，寫 0 時單總線至少被拉低 60US， 寫 1 時 ，15US 內就得釋放總線。

     （ 3 ）轉化后得到的 12 位數據，存儲在 18B20 的兩個 8 比特的 RAM 中，二進制中的前面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于 0 ，這 5 位為 0 ，只要將測到的數值乘于 0.0625 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0 ，這 5 位為 1 ，測到的數值需要取反加 1 再乘于 0.0625 即可得到實際溫度。

     （ 4 ）較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于 DS1820 與微處理器間采用串行數據傳送，因此，在對 DS1820 進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果。在使用 PL/M 、 C 等語言進行系統程序設計時，對 DS1820 操作部分采用匯編語言實現。

    （５） 在 DS1820 的有關資料中均未提及單總線上所掛 DS1820 數量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個 DS1820 ，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛 DS1820 超過 8 個時，就需要解決微處理器的總線驅動問題，這一點在進行多點測溫系統設計時要加以注意。

     （６） 連接 DS1820 的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過 50m 時，讀取的測溫數據將發生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達 150m ，當采用每米絞合次數更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產生畸變造成的。因此，在用 DS1820 進行長距離測溫系統設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。測溫電纜線建議采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接 VCC 和地線，屏蔽層在源端單點接地。

     （ 7 ）在 DS1820 測溫程序設計中，向 DS1820 發出溫度轉換命令后，程序總要等待 DS1820 的返回信號，一旦某個 DS1820 接觸不好或斷線，當程序讀該 DS1820 時，將沒有返回信號，程序進入死循環。這一點在進行 DS1820 硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。