ds18b20溫度采集的運(yùn)行原理

DS18B20 是一款廣泛使用的數(shù)字溫度傳感器，采用 1-Wire 總線協(xié)議進(jìn)行通信。其溫度采集原理基于內(nèi)部半導(dǎo)體溫度敏感元件和模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)技術(shù)，以下是其核心工作原理的詳細(xì)說明：

1. 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與溫度敏感元件

DS18B20 的核心是一個(gè) 溫度敏感的振蕩器 和 數(shù)字轉(zhuǎn)換電路：

- 溫度敏感元件：利用半導(dǎo)體材料的溫度特性(如 PN 結(jié)電壓隨溫度變化)，將溫度轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)。

- 高精度 ADC：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，分辨率可配置為 9~12 位(默認(rèn) 12 位，對(duì)應(yīng)分辨率 0.0625°C)。

2. 溫度采集過程

步驟 1：?jiǎn)?dòng)溫度轉(zhuǎn)換

- 主控制器(如單片機(jī))通過 1-Wire 總線發(fā)送 Convert T(0x44) 命令，啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換。

- DS18B20 開始執(zhí)行內(nèi)部 ADC 轉(zhuǎn)換，將溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

- 轉(zhuǎn)換時(shí)間：取決于分辨率(例如 12 位需 750ms，9 位僅需 93.75ms)。

步驟 2：讀取溫度數(shù)據(jù)

- 轉(zhuǎn)換完成后，主控制器發(fā)送 Read Scratchpad(0xBE) 命令，從傳感器的暫存器中讀取溫度數(shù)據(jù)。

- 溫度數(shù)據(jù)以 16 位二進(jìn)制補(bǔ)碼格式 存儲(chǔ)，包含符號(hào)位、整數(shù)部分和小數(shù)部分。

3. 溫度數(shù)據(jù)格式

DS18B20 的溫度值存儲(chǔ)格式如下：

- 高字節(jié)(MSB)：

- 前 5 位為符號(hào)位(`S`)，`S=1` 表示負(fù)溫度，`S=0` 表示正溫度。

- 后 3 位為整數(shù)部分的最高有效位(MSB)。

- 低字節(jié)(LSB)：

- 后 4 位為小數(shù)部分，每個(gè)單位對(duì)應(yīng) 0.0625°C(12 位分辨率時(shí))。

示例：

- 原始數(shù)據(jù) `0x0550`(二進(jìn)制 `00000101 01010000`)：

- 符號(hào)位 `S=0` → 正溫度。

- 整數(shù)部分：`0000101` → 5°C。

- 小數(shù)部分：`01000000` → 0.25°C(`0100` × 0.0625 = 0.25)。

- 實(shí)際溫度：5.25°C。

4. 1-Wire 通信協(xié)議

DS18B20 通過單根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)通信，協(xié)議關(guān)鍵點(diǎn)如下：

1. 初始化(復(fù)位脈沖)：

- 主機(jī)發(fā)送復(fù)位脈沖(>480μs 低電平)，傳感器回應(yīng)存在脈沖(60~240μs 低電平)。

2. ROM 命令：

- 用于尋址總線上的多個(gè)傳感器(如 `Read ROM`、`Match ROM`)。

3. 功能命令：

- 控制傳感器操作(如 `Convert T`、`Read Scratchpad`)。

5. 寄生供電模式

DS18B20 支持 寄生供電(Parasite Power)：

- 僅需 DQ 數(shù)據(jù)線 和 GND，無需額外電源線。

- 在溫度轉(zhuǎn)換期間，主機(jī)需通過強(qiáng)上拉(MOSFET)提供足夠電流(約 1mA)。

6. 關(guān)鍵特性

- 測(cè)溫范圍：-55°C 至 +125°C(±0.5°C 精度，-10°C 至 +85°C)。

- 多設(shè)備支持：?jiǎn)慰偩€可掛載多個(gè) DS18B20，通過唯一 64 位 ROM ID 尋址。

- 低功耗：待機(jī)電流僅 1μA。

DS18B20 通過內(nèi)部溫度敏感元件和 ADC 將溫度數(shù)字化，利用 1-Wire 協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。其單總線設(shè)計(jì)、高精度和靈活供電方式，使其在嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中廣泛使用。實(shí)際使用時(shí)需注意總線時(shí)序、電源穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)格式解析。