單線智能溫度傳感器DS18B20無需外部電路和其他變換電路就可以直接輸出被測溫度，測溫范圍寬、精度高、轉(zhuǎn)換時間快并可適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)機(jī)等眾多優(yōu)點，在各種領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用。我公司采用DS18B20溫度傳感器制作四路溫度巡檢控制的溫控儀。在對溫控儀進(jìn)行各種環(huán)境適應(yīng)驗證試驗中發(fā)現(xiàn)一個問題：DS18B20傳感器采用10m長連接線時工作不正常，而采用3m長連接線時工作正常。DS18B20傳感器的連接線纜長度一般可達(dá)到50～100m，當(dāng)采用雙絞線芯的屏蔽電纜時，其最大長度可達(dá)150m。圖1為溫控儀傳感器連接部分電路圖，傳感器采用單獨供電，接在P1口上。
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后經(jīng)對DS18B20傳感器的讀寫子程序分析及對傳感器讀寫時序波形分析得出的結(jié)論，是因為讀寫子程序?qū)S18B20傳感器的讀寫的時序把握不夠準(zhǔn)確造成的。下面就DS18B20傳感器的讀寫的時序把握度進(jìn)行分析，希望能對初步接觸該傳感器的人員有所幫助。
DSl8B20傳感器對讀寫時序的要求
首先對DS18B20傳感器的讀寫時序的要求進(jìn)行分析和了解。按D S 1 8 B 2 0 器件手冊介紹， 對DSl8B20寫數(shù)據(jù)時，主機(jī)產(chǎn)生讀時間片。當(dāng)主機(jī)把I／O數(shù)據(jù)總線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時，低電平持續(xù)時間最少1μs,就產(chǎn)生寫時間片。在變?yōu)榈碗娖?5μs之后，DSl8B20在15～45μs之間對線采樣，如果線為高電平，寫1就發(fā)生，如果線為低電平，便發(fā)生寫0。時間片必須有最短為60μs的持續(xù)期，各寫周期之間必須有最短為1μs的恢復(fù)時間。圖2為DS18B20生產(chǎn)廠家提供的讀寫時序圖。
從DSl8B20讀數(shù)據(jù)時，主機(jī)產(chǎn)生讀時間片。當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至低電平時，產(chǎn)生讀時間片。低電平持續(xù)時間至少1μs；來自DS18B20 的輸出數(shù)據(jù)在讀時間片下降沿之后15μs有效，因此，在產(chǎn)生讀時間片15μs后主機(jī)必須停止把I/O線驅(qū)動至低電平，由上拉電阻拉回至高電平，主機(jī)在15μs末期對數(shù)據(jù)線采樣，如果線為高電平，就讀為1，如果線為低電平，便讀為0。讀時間片的最短持續(xù)期限為60μs，各讀時間片之間必須有最短為1μs的恢復(fù)時間。 在處理高低電平跳變時，還有必要了解DS18B20傳感器直流參數(shù)特性。其特性為：I/O口檢測低電平范圍為-0.3～0.8V，高電平范圍為2.2～5.5V，同單片機(jī)的I/O口檢測低電平范圍為-0.5V～0.2Vcc-0.1 V和高電平范圍為0.2Vcc+0.9V～Vcc+0.5V基本上相同。
數(shù)據(jù)連接線纜對讀寫數(shù)據(jù)波形的影響
針對微秒級數(shù)據(jù)脈沖信號，對于較長的數(shù)據(jù)線纜，不應(yīng)僅看作純阻性線纜，應(yīng)充分考慮線纜中存在的分布電容對數(shù)據(jù)脈沖信號在跳變時造成延時和變形的影響。其等效電路原理見圖3。一般線芯的內(nèi)阻遠(yuǎn)小于上拉電阻，決定延時量的是上拉電阻與分布電容乘積。在上拉電阻一定的情況下，線纜越長，其分布電容越大，對數(shù)據(jù)脈沖信號影響也就越大。電纜的材料、結(jié)構(gòu)、工藝等不同，其存在的分布電容指標(biāo)亦不同，良好的同軸線纜分布電容一般在60 pF/m以下，而扁平排線相鄰線芯間的分布電容在300pF/m左右。
用記憶示波器在連接10m長RVV3×0.5mm2型線纜的傳感器上觀察到的數(shù)字波形見圖4（上拉電阻為5kΩ）。從圖4中可看出，在t 1時刻主機(jī)將數(shù)據(jù)線拉低，在t 2時刻才能被DS18B20識別為低電平，延遲了3μs。在t 3時刻主機(jī)釋放數(shù)據(jù)線，在上拉電阻的作用下，在t 4時刻才上升為被DS18B20識別的高電平，延遲了3μs。從t 2到t 4時刻，對DS18B20來說，是近19μs低電平。因此，在采用較長線纜時，如對傳感器讀寫時刻把握不準(zhǔn)確的話，會因使對讀寫的數(shù)據(jù)信號產(chǎn)生時延變形而不符合DS18B20對讀寫時序的要求，使對其讀寫操作失敗。在選用較長數(shù)據(jù)線纜時，還應(yīng)考慮抗干擾的問題，因此建議盡量采用雙絞線或帶屏蔽的雙絞線作傳感器的數(shù)據(jù)線纜。
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換位理解DSl8B20傳感器對讀寫時序的要求
圖2是對DS18B20傳感器讀寫時序在主機(jī)處的波形圖，如果是在DS18B20處的話，其波形圖應(yīng)如圖5所示�？紤]實際長短數(shù)據(jù)線的影響，對讀寫時序的要求理解為：對DSl8B20 寫數(shù)據(jù)時，主機(jī)產(chǎn)生讀時間片。當(dāng)主機(jī)把I／O數(shù)據(jù)線在7μs時間內(nèi)從高邏輯電平拉至低邏輯電平時，維持時間最少1μs就產(chǎn)生寫時間片。如寫入0，則應(yīng)維持低電平45～60μs以上，如寫入1，應(yīng)在第8μs后釋放數(shù)據(jù)線，在7μs 時間內(nèi)拉到為邏輯高電壓， 并維持45～60μs以上。寫時間片必須有最短為60μs的持續(xù)期，在各寫周期之間必須有最短為1μs的恢復(fù)時間。從DS18B20 讀數(shù)據(jù)時，主機(jī)產(chǎn)生讀時間片。主機(jī)在7μs時間內(nèi)把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至低電平，產(chǎn)生讀時間片。數(shù)據(jù)線必須保持在邏輯低電平至少1μs；來自DS18B20的輸出數(shù)據(jù)在讀時間片下降沿之后15μs有效。因此，在產(chǎn)生讀時間片8μs后主機(jī)必應(yīng)把I／O 數(shù)據(jù)線釋放，由上拉電阻將數(shù)據(jù)線拉回至邏輯高電平，主機(jī)在15μs末期對數(shù)據(jù)線采樣，如果線為高電平，就讀為1，如果線為低電平，便讀為0。讀時間片的最短持續(xù)期限為60μs，各個讀時間片之間必須有最短為1μs的恢復(fù)時間。在考慮到線纜對波形的延遲和DS18B20傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)表現(xiàn)的典型時間，在實際操作中，建議將主機(jī)對數(shù)據(jù)線的采樣滯后5～9μs，可提高正確讀取DS18B20的可靠性。
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對DS18B20的讀寫程序探討
經(jīng)過上面的分析和了解后，參見圖1，對接在P1.0口上的DS18B20傳感器讀寫子程序進(jìn)行修改，分別見“寫子程序”和“讀子程序”。將修改后的對DS18B20傳感器讀寫子程序移入主程序并寫入89C51單片機(jī)，對用RVV3×0.5mm2型線纜為傳感器連線，用1～50m傳感器連線，在高、低溫環(huán)境條件下進(jìn)行了試驗驗證，溫控儀工作正常，穩(wěn)定可靠。題圖為我公司溫控儀的照片。
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