Heute werde ich einen technischen Beitrag zum Temperatursensor DS18B20 veröffentlichen, in dem es um den leistungsstarken Temperaturmesschip DS18B20 geht. Dieser Beitrag wird den meisten Freunden, die mit dem Temperaturmesschip DS18B20 nicht vertraut sind, helfen, diesen Chip aus verschiedenen Blickwinkeln besser zu verstehen. Ich hoffe auch, dass Freunde, die diesen Chip bereits verwendet haben oder verwenden werden, ihre Heimwerkerarbeiten reibungsloser abschließen können. (Haftungsausschluss: Die in diesem Beitrag enthaltenen Bildressourcen wurden alle einzeln von mir erstellt. Bitte nicht ohne Genehmigung nachdrucken.) Kommen wir zurück zum Thema und beginnen wir mit dem technischen Teil. Teil 1: Paket- und Pin-Definition von DS18B20
Lassen Sie uns zunächst das Aussehen und die Pin-Belegung des DS18B20-Chips kennenlernen. Das übliche Gehäuse des DS18B20-Chips ist TO-92, was dem Aussehen eines gewöhnlichen Straight-Plug-Transistors entspricht. Natürlich finden Sie bei uns auch Produkte verpackt in den Formen SO (DS18B20Z) und μSOP (DS18B20U). Im Folgenden finden Sie Abbildungen und Pindiagramme verschiedener Gehäuse des DS18B20. Nachdem wir die Verpackungsform des Chips verstanden haben, sprechen wir über die Definition jedes Pins. Die folgende Tabelle zeigt die Pin-Definition des Chips:
In der obigen Tabelle wird ein „seltsames“ Wort erwähnt – „parasitäre Stromversorgung“, daher muss ich es erklären. Der DS18B20-Chip kann im „Parasitic Power Mode“ betrieben werden, wodurch der DS18B20 ohne externe Stromversorgung betrieben werden kann. Wenn der Bus hoch ist, wird parasitärer Strom vom einzelnen Bus über den VDD-Pin zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt kann der DS18B20 Energie vom Bus „stehlen“ und die „gestohlene“ Energie im parasitären Stromspeicher kondensator (Cpp) speichern. Wenn der Bus niedrig ist, wird Energie für den Gerätebetrieb freigegeben. Wenn der DS18B20 im parasitären Leistungsmodus arbeitet, muss daher der VDD-Pin mit Masse verbunden werden.

Teil 2: Verschiedene Schaltung verbindung methoden von DS18B20
Wie in den beiden Bildern unten gezeigt, handelt es sich um typische Schaltpläne von einzelnen und mehreren DS18B20-Temperatur messsystemen im externen Stromversorgungsmodus. (1) Anschlussdiagramm eines einzelnen DS18B20-Chips im externen Stromversorgungsmodus
Hierbei ist zu beachten, dass der DS18B20-Chip für die Kommunikation über das Single-Bus-Protokoll der Dallas Company auf einem Single-Wire-Port basiert. Wenn alle Geräte über einen Tri-State-Port oder einen Open-Drain-Port an den Bus angeschlossen sind, muss die Steuerleitung mit einem schwachen Pull-up-Widerstand verbunden werden. Wenn mehrere DS18B20 angeschlossen sind, verfügt jeder DS18B20 über eine weltweit eindeutige 64-Bit-Seriennummer. Im Bussystem nutzt der Mikroprozessor die eindeutige 64-Bit-Seriennummer jedes Geräts, um die Geräteadresse auf dem Bus zu identifizieren und aufzuzeichnen, sodass mehrere DS18B20 gleichzeitig an einen Eindrahtbus angeschlossen werden können. Daher kann ein Mikroprozessor problemlos zur Steuerung vieler DS18B20 verwendet werden, die in verschiedenen Bereichen verteilt sind. Diese Funktion ist sehr nützlich bei der Umgebungskontrolle, der Erfassung der Temperatur von Gebäuden, Instrumenten usw. sowie der Prozessüberwachung und -steuerung.

Was den Schaltkreisanschluss des DS18B20 betrifft, kann der DS18B20 zusätzlich zum oben erwähnten herkömmlichen Schaltkreis anschlussplan bei Stromversorgung über eine externe Stromversorgung auch im „parasitären Strommodus“ arbeiten. Die folgende Abbildung zeigt den Schaltplan des DS18B20, der im „parasitären Leistungsmodus“ arbeitet. Ja, dadurch kann der DS18B20 im parasitären Strommodus arbeiten und Temperatur informationen an mehreren Standorten in Echtzeit erfassen, ohne dass zusätzliche Netzteile erforderlich sind. Was den Schaltkreisanschluss des DS18B20 betrifft, kann der DS18B20 zusätzlich zum oben erwähnten herkömmlichen Schaltkreis anschlussplan bei Stromversorgung über eine externe Stromversorgung auch im „parasitären Strommodus“ arbeiten. Die folgende Abbildung zeigt den Schaltplan des DS18B20, der im „parasitären Leistungsmodus“ arbeitet. Ja, dadurch kann der DS18B20 im parasitären Strommodus arbeiten und Temperatur informationen an mehreren Standorten in Echtzeit erfassen, ohne dass zusätzliche Netzteile erforderlich sind.

Teil 3: Interne Registeranalyse und Funktionsprinzip von DS18B20
Nachdem wir die Verpackung, Pin-Definitionen und Verbindungsmethoden des DS18B20 vorgestellt haben, müssen wir die relevanten Kenntnisse jedes Controllers und Speichers des DS18B20-Chips verstehen. Wie in der folgenden Abbildung dargestellt, handelt es sich um das resultierende Block diagramm der Hauptregister im DS18B20.

Lassen Sie uns in Kombination mit dem internen Registerblock diagramm in der Abbildung zunächst kurz über den Hauptregister-Workflow des DS18B20-Chips sprechen. Bevor das Funktionsprinzip von DS18B20 ausführlich erläutert wird, müssen einige entsprechende Bilder hochgeladen werden:

(1) DS18B20 internes Registerstruktur diagramm 0
(2) DS18B20-Hauptregister datenformat diagramm
(3) DS18B20-Kommunikation befehl diagramm

Nachdem wir nun diese internen Strukturen und Details verstanden haben, sprechen wir über das Funktionsprinzip des DS18B20-Chips. DS18B20 wechselt nach dem Start in den Wartezustand mit geringem Stromverbrauch. Wenn eine Temperaturmessung und eine AD-Wandlung durchgeführt werden müssen, gibt der Buscontroller (meistens ein Mikrocontroller) den Befehl [44H] aus, um die Temperaturmessung und die AD-Wandlung abzuschließen (weitere Funktionsanweisungen finden Sie in der obigen Befehlsliste). DS18B20 speichert die generierten Temperaturdaten in Form von zwei Bytes im Temperaturregister des Hochgeschwindigkeitsregisters und behält dann weiterhin den Wartezustand bei. Wenn der DS18B20-Chip über eine externe Stromversorgung mit Strom versorgt wird, initiiert der Buscontroller nach dem Temperaturumwandlungsbefehl einen „Lesezeitschlitz“ (Einzelheiten finden Sie im „DS18B20-Zeitschlitz diagramm“ dieses Beitrags). Somit werden die gemessenen Temperaturdaten ausgelesen und die Datenkommunikation mit dem Mikrocontroller über den Bus abgeschlossen. (DS18B20 gibt während der Temperaturkonvertierung über den DQ-Pin 0 zurück und gibt 1 zurück, wenn die Konvertierung abgeschlossen ist. Wenn DS18B20 von einem Parasiten mit Strom versorgt wird Stromversorgung, es sei denn, der Bus tritt in die Temperaturumwandlung ein. Wird durch einen starken Pull-Up hochgezogen, andernfalls gibt es keinen Rückgabewert. Darüber hinaus vergleicht DS18B20 nach Abschluss einer Temperaturkonvertierung den Temperaturwert mit dem benutzerdefinierten Alarmvoreinstellungswert, der in TH (Auslöser für hohe Temperatur) und TL (Auslöser für niedrige Temperatur) gespeichert ist, jeweils ein Byte. Das S-Flag-Bit im Register (Einzelheiten finden Sie im Diagramm „TH- und TL-Registerformat“ im Register format diagramm) gibt das Vorzeichen des Temperaturwerts an (positiv, wenn S=0, negativ, wenn S=1). Wenn die gemessene Temperatur höher als der TH-Wert oder niedriger als der TL-Wert ist, wird der Alarmzustand hergestellt und in DS18B20 wird intern ein Alarm-Flag gesetzt. Zu diesem Zeitpunkt sendet der Buscontroller einen Alarmsuchbefehl [ECH]. Erkennen Sie alle DS18B20-Alarmflags auf dem Bus, und dann antwortet der DS18B20, der das Alarmflag setzt, auf diesen Suchbefehl.