温度的测量是从金属（物质）的热胀冷缩开始，水银温度计至今仍是各种温度测量的计量标准，可是它的缺点是只能近距离观测，而且水银有毒，玻璃管易碎。代替水银的有酒精温度计和金属簧片温度计，它们虽然没有毒性，但测量精度较低，只能作为一个概略指示。在工业生产和实验研究中为了配合远传仪表指示，出现了许多不同的温度检测方法，常用的有电阻式、热电偶式、PN结型、辐射型、光纤式及石英谐振型等。它们都是基于温度变化引起其物理参数（如电阻值，热电势等）变化的原理。随着大规模集成电路工艺的提高，出现了多种集成的数字化温度传感器。

温度传感器DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度。

一、DS18B20的主要特性

（1）独特的单总线接口仅需要一个端口引脚进行通信。

（2）可通过数据线供电，电压范围为：3.0～5.5V。

（3）用户可自设定报警上下限温度值，不需要外部组件，能测量－55℃～＋125℃范围内的温度。

（4）可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温。

（5）报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度的器件。

（6）测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。

（7）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

（8）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。

二、DS18B20的外形和内部结构

DS18B20的外形及管脚排列如图6.23所示。各引脚定义如下：

图6.23　DS18B20的外形及管脚

（1）DQ为数字信号输入／输出端；

（2）GND为电源地；

（3）VDD为外接供电电源输入端。

内部结构如图6.24所示。

图6.24　DS18B20内部结构

64位ROM的位结构图如图6.25所示。开始8位是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

64位ROM的结构如下：

图6.25　64位ROM结构框图

DS18B20中的温度传感器的内部存储器包括一个非易失性的EEPROM和一个高速暂存RAM。

非易失性温度报警触发器TH和TL可通过软件写入用户报警上下限数据。

高速暂存RAM由9个字节组成，其分配如表6.5所示。

表6.5　DS18B20暂存寄存器分布

前两个字节包含测得的温度信息。第3和第4字节是TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5字节为配置寄存器，其内容用于确定温度值的数字转换分辨率，DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值，该字节各位的定义如图6.26所示。

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图6.26　配置寄存器位定义

其中，低5位一直都是“1”，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要改动。R1和R0用来设置分辨率，如表6.6所示（DS18B20出厂时被设置为12位）。

由表6.6可见，分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。

表6.6　温度分辨率设置表

高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全1。第9个字节是前面8个字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。

当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换，经转换所得的温度值以二进制补码形式存放到高速暂存RAM的第1、2字节中。

单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前、高位在后，数据格式以0.0625℃／LSB形式表示，温度值格式如表6.7所示。

表6.7　DS18B20温度值格式表

表中S为符号位，对应的温度计算：当符号位S＝0时，表示测得的温度值为正值，可直接将二进制位转换为十进制；当S＝1时，表示测得的温度值为负值，可先将补码变为原码，再计算十进制值。表6.8是对应的一部分温度值。

表6.8　部分DS18B20温度与表示值对应表

DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容做比较，若温度值＞TH或温度值＜TL，则将该器件内的报警标志位置位，并向主机发出的报警搜索命令做出响应。

三、DS18B20工作原理

1.DS18B20的测温原理

DS18B20的测温原理如图6.27所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将－55℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值。

图6.27　测温原理内部装置

2.ROM操作命令

当主机收到DSl8B20的响应信号后，便可以发出ROM操作命令之一，这些命令如表6.9所示。

表6.9　ROM操作命令

续表

3.DS18B20工作时序

根据DS18B20的通信协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：

（1）每一次读写之前都必须要对DS18B20进行复位。

（2）复位成功后发送一条ROM指令。

（3）最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。