Qué es el Chip de Medición de Temperatura DS18B20?
Hoy voy a publicar una publicación técnica sobre el sensor de temperatura DS18B20, que trata sobre el potente chip de medición de temperatura DS18B20. Esta publicación ayudará a la mayoría de amigos que no están familiarizados con el chip de medición de temperatura DS18B20 a comprender mejor este chip desde diferentes ángulos. También espero que los amigos que ya han usado o usarán este chip puedan completar sus trabajos de bricolaje sin problemas. (Descargo de responsabilidad: todos los recursos de imágenes involucrados en esta publicación los dibujé yo uno por uno. No los reimprima sin permiso) Volvamos al tema, comencemos con la parte técnica.
Parte 1: Paquete y definición de pin de DS18B20
Primero, conozcamos la apariencia y la definición de pines del chip DS18B20. El paquete común del chip DS18B20 es TO-92, que es el aspecto de un transistor de enchufe recto normal. Por supuesto, también puede encontrar productos empaquetados en formato SO (DS18B20Z) y μSOP (DS18B20U). Las siguientes son ilustraciones y diagramas de pines de varios paquetes de DS18B20.
Después de comprender la forma de empaque del chip, hablemos de la definición de cada pin. La siguiente tabla es la definición de pin del chip:
Hay una palabra "extraña" mencionada en la tabla anterior: "fuente de alimentación parásita", así que necesito explicarla. El chip DS18B20 puede funcionar en "modo de energía parásita", lo que permite que el DS18B20 funcione sin una fuente de alimentación externa. Cuando el bus está alto, se suministra energía parásita desde el bus único a través del pin VDD. En este momento, el DS18B20 puede "robar" energía del bus y almacenar la energía "robada" en el condensador de almacenamiento de energía parásito (Cpp). Cuando el bus está bajo, se libera energía para el funcionamiento del dispositivo. Por lo tanto, cuando el DS18B20 opera en modo de energía parásita, el pin VDD debe estar conectado a tierra.
Parte 2: Varios métodos de conexión de circuitos de DS18B20
Como se muestra en las dos imágenes siguientes, son diagramas de conexión de circuitos típicos de sistemas de medición de temperatura DS18B20 únicos y múltiples en modo de fuente de alimentación externa.
(1) Diagrama de conexión de un único chip DS18B20 en modo de fuente de alimentación externa
Cabe señalar aquí que el chip DS18B20 se basa en un puerto de un solo cable para la comunicación a través del protocolo de bus único de Dallas Company. Cuando todos los dispositivos están conectados al bus a través de un puerto de tres estados o un puerto de drenaje abierto, la línea de control debe conectarse a una resistencia pull-up débil. Cuando se conectan varios DS18B20, cada DS18B20 tiene un número de serie de 64 bits único a nivel mundial. En el sistema de bus, el microprocesador se basa en el número de serie único de 64 bits de cada dispositivo para identificar y registrar la dirección del dispositivo en el bus, lo que permite conectar varios DS18B20 a un bus de un solo cable al mismo tiempo. Por lo tanto, se puede utilizar fácilmente un microprocesador para controlar muchos DS18B20 distribuidos en diferentes áreas. Esta característica es muy útil en control ambiental, detección de temperatura de edificios, instrumentos, etc., y monitoreo y control de procesos.
Con respecto a la conexión del circuito del DS18B20, además del diagrama de conexión del circuito tradicional cuando se alimenta con una fuente de alimentación externa mencionado anteriormente, el DS18B20 también puede funcionar en "modo de energía parásita". La siguiente figura muestra el diagrama de conexión del circuito del DS18B20 funcionando en "modo de energía parásita". Sí, esto permite que el DS18B20 funcione en modo de energía parásita y pueda recopilar información de temperatura en múltiples ubicaciones en tiempo real sin fuentes de alimentación adicionales.
Parte 3: análisis del registro interno y principio de funcionamiento del DS18B20
Después de presentar el empaquetado, las definiciones de pines y los métodos de conexión de DS18B20, debemos comprender el conocimiento relevante de cada controlador y memoria del chip DS18B20. Como se muestra en la figura siguiente, es el diagrama de bloques resultante de los registros principales dentro del DS18B20.
Combinado con el diagrama de bloques del registro interno en la figura, primero hablemos brevemente sobre el flujo de trabajo del registro principal del chip DS18B20. Antes de dar una explicación detallada del principio de funcionamiento del DS18B20, es necesario subir algunas imágenes relacionadas:
(1) Diagrama de estructura de registro interno DS18B20 0
(2) Diagrama de formato de datos del registro principal DS18B20
(3) Diagrama de comando de comunicación DS18B20
Ahora que entendemos estas estructuras y detalles internos, hablemos del principio de funcionamiento del chip DS18B20.
DS18B20 entrará en el estado de espera de bajo consumo de energía después del inicio. Cuando es necesario realizar la medición de temperatura y la conversión AD, el controlador de bus (principalmente un microcontrolador) emite la instrucción [44H] para completar la medición de temperatura y la conversión AD (consulte la lista de instrucciones anterior para otras instrucciones funcionales). DS18B20 almacena los datos de temperatura generados en el registro de temperatura del registro de alta velocidad en forma de dos bytes y luego, DS18B20 continúa manteniendo el estado de espera. Cuando el chip DS18B20 recibe alimentación de una fuente de alimentación externa, el controlador de bus inicia un "intervalo de tiempo de lectura" después del comando de conversión de temperatura (consulte el "Diagrama de intervalo de tiempo DS18B20" de esta publicación para obtener más detalles). Por lo tanto, los datos de temperatura medidos se leen y la comunicación de datos con el microcontrolador se completa a través del bus (DS18B20 devuelve 0 mediante el pin DQ durante la conversión de temperatura y devuelve 1 cuando se completa la conversión. Si DS18B20 está alimentado por un parásito fuente de alimentación, a menos que el autobús esté entrando en conversión de temperatura elevado por un fuerte pull-up, de lo contrario no habrá valor de retorno). Además, después de completar una conversión de temperatura, DS18B20 comparará el valor de temperatura con el valor preestablecido de alarma definido por el usuario almacenado en TH (activador de temperatura alta) y TL (activador de temperatura baja), un byte cada uno. El bit de bandera S en el registro (consulte el diagrama "Formato de registro TH y TL" en el diagrama de formato de registro para obtener más detalles) indica el signo del valor de temperatura (positivo cuando S=0, negativo cuando S=1). Si la temperatura medida es superior a TH o inferior al valor TL, se establece la condición de alarma y se establecerá un indicador de alarma internamente en DS18B20. En este momento, el controlador de bus envía un comando de búsqueda de alarma [ECH]. Detecte todos los indicadores de alarma DS18B20 en el bus y luego el DS18B20 que establece el indicador de alarma responderá a este comando de búsqueda.
Primero, conozcamos la apariencia y la definición de pines del chip DS18B20. El paquete común del chip DS18B20 es TO-92, que es el aspecto de un transistor de enchufe recto normal. Por supuesto, también puede encontrar productos empaquetados en formato SO (DS18B20Z) y μSOP (DS18B20U). Las siguientes son ilustraciones y diagramas de pines de varios paquetes de DS18B20.
Hay una palabra "extraña" mencionada en la tabla anterior: "fuente de alimentación parásita", así que necesito explicarla. El chip DS18B20 puede funcionar en "modo de energía parásita", lo que permite que el DS18B20 funcione sin una fuente de alimentación externa. Cuando el bus está alto, se suministra energía parásita desde el bus único a través del pin VDD. En este momento, el DS18B20 puede "robar" energía del bus y almacenar la energía "robada" en el condensador de almacenamiento de energía parásito (Cpp). Cuando el bus está bajo, se libera energía para el funcionamiento del dispositivo. Por lo tanto, cuando el DS18B20 opera en modo de energía parásita, el pin VDD debe estar conectado a tierra.
Parte 2: Varios métodos de conexión de circuitos de DS18B20
Como se muestra en las dos imágenes siguientes, son diagramas de conexión de circuitos típicos de sistemas de medición de temperatura DS18B20 únicos y múltiples en modo de fuente de alimentación externa.
Cabe señalar aquí que el chip DS18B20 se basa en un puerto de un solo cable para la comunicación a través del protocolo de bus único de Dallas Company. Cuando todos los dispositivos están conectados al bus a través de un puerto de tres estados o un puerto de drenaje abierto, la línea de control debe conectarse a una resistencia pull-up débil. Cuando se conectan varios DS18B20, cada DS18B20 tiene un número de serie de 64 bits único a nivel mundial. En el sistema de bus, el microprocesador se basa en el número de serie único de 64 bits de cada dispositivo para identificar y registrar la dirección del dispositivo en el bus, lo que permite conectar varios DS18B20 a un bus de un solo cable al mismo tiempo. Por lo tanto, se puede utilizar fácilmente un microprocesador para controlar muchos DS18B20 distribuidos en diferentes áreas. Esta característica es muy útil en control ambiental, detección de temperatura de edificios, instrumentos, etc., y monitoreo y control de procesos.
Parte 3: análisis del registro interno y principio de funcionamiento del DS18B20
Después de presentar el empaquetado, las definiciones de pines y los métodos de conexión de DS18B20, debemos comprender el conocimiento relevante de cada controlador y memoria del chip DS18B20. Como se muestra en la figura siguiente, es el diagrama de bloques resultante de los registros principales dentro del DS18B20.
Combinado con el diagrama de bloques del registro interno en la figura, primero hablemos brevemente sobre el flujo de trabajo del registro principal del chip DS18B20. Antes de dar una explicación detallada del principio de funcionamiento del DS18B20, es necesario subir algunas imágenes relacionadas:
(2) Diagrama de formato de datos del registro principal DS18B20
(3) Diagrama de comando de comunicación DS18B20
Ahora que entendemos estas estructuras y detalles internos, hablemos del principio de funcionamiento del chip DS18B20.
DS18B20 entrará en el estado de espera de bajo consumo de energía después del inicio. Cuando es necesario realizar la medición de temperatura y la conversión AD, el controlador de bus (principalmente un microcontrolador) emite la instrucción [44H] para completar la medición de temperatura y la conversión AD (consulte la lista de instrucciones anterior para otras instrucciones funcionales). DS18B20 almacena los datos de temperatura generados en el registro de temperatura del registro de alta velocidad en forma de dos bytes y luego, DS18B20 continúa manteniendo el estado de espera. Cuando el chip DS18B20 recibe alimentación de una fuente de alimentación externa, el controlador de bus inicia un "intervalo de tiempo de lectura" después del comando de conversión de temperatura (consulte el "Diagrama de intervalo de tiempo DS18B20" de esta publicación para obtener más detalles). Por lo tanto, los datos de temperatura medidos se leen y la comunicación de datos con el microcontrolador se completa a través del bus (DS18B20 devuelve 0 mediante el pin DQ durante la conversión de temperatura y devuelve 1 cuando se completa la conversión. Si DS18B20 está alimentado por un parásito fuente de alimentación, a menos que el autobús esté entrando en conversión de temperatura elevado por un fuerte pull-up, de lo contrario no habrá valor de retorno). Además, después de completar una conversión de temperatura, DS18B20 comparará el valor de temperatura con el valor preestablecido de alarma definido por el usuario almacenado en TH (activador de temperatura alta) y TL (activador de temperatura baja), un byte cada uno. El bit de bandera S en el registro (consulte el diagrama "Formato de registro TH y TL" en el diagrama de formato de registro para obtener más detalles) indica el signo del valor de temperatura (positivo cuando S=0, negativo cuando S=1). Si la temperatura medida es superior a TH o inferior al valor TL, se establece la condición de alarma y se establecerá un indicador de alarma internamente en DS18B20. En este momento, el controlador de bus envía un comando de búsqueda de alarma [ECH]. Detecte todos los indicadores de alarma DS18B20 en el bus y luego el DS18B20 que establece el indicador de alarma responderá a este comando de búsqueda.
