隨著科學技術的發展，特別是現代儀器的發展，微型化、集成化、數字化正成為傳感器發展的一個重要方向。美國Dallas半導體公司推出的數字化溫度傳感器DS1820采用單總線協議，即與微機接口僅需占用1個I／O端口，無需任何外部元件，直接將溫度轉化成數字信號，以9位數字碼方式串行輸出，從而大大簡化了傳感器與微處理器的接口。
1 DS1820簡介
DS1820是美國DALLAS公司生產的可組網數字式溫度傳感器，在其內部使用了在板(ON-BOARD)專利技術。全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只晶體管大小的集成電路內，內部結構如圖1所示。
與其他溫度傳感器相比，DS1820具有以下特性：
(1)獨特的單線接口方式。DS1820在與微處理器連接時僅需要1條口線即可實現微處理器與DS1820的雙向通信。
(2)DS1820支持多點組網功能。多個DS1820可以并聯在惟一的三線上，實現多點測溫。
(3)DS1820在使用中不需要任何外圍元件。
(4)測溫范圍為-55～+125℃，固有測溫分辨率為0．5℃。
(5)測量結果以9位數字量方式串行傳送。
2 工作原理
DS1820測溫原理如圖2所示。圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數器1。高溫度系數晶振隨溫度變化，其振蕩率有明顯改變，所產生的信號作為計數器2的脈沖輸入。計數器1和溫度寄存器被預置在-55℃所對應的一個基數值。計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當計數器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數器1的預置將重新被裝入，計數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環直到計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。
圖2中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數器1的預置值。DS1820特點如下：硬件接口簡單，性能穩定，單線接口，僅需一根口線與MCU連接，無需外圍元件；由總線提供電源；測溫范圍為-55～+75℃；精度為0．5℃；9位溫度讀數；A／D變換時間為200 ms；用戶自設定溫度報警上下限，其值是非易失性的；報警搜索命令可識別哪片DS1820超溫度限。
3 溫度檢測系統設計
3．1 硬件設計
由于每片DS1820含有惟一的硅串行數，所以在一條總線上可掛接多個DS1820芯片。從DS1820讀出信息或寫入DS1820信息，僅需要1根口線(單線接口)。讀／寫及溫度變換功率來源于數據總線，總線本身也可以向所掛接的DS1820供電，而無需額外電源。DS1820提供9位溫度讀數，構成多點溫度檢測系統而無需任何外圍硬件。對DS1820的使用，多采用單片機實現數據采集。處理時，將DS1820信號線與單片機一位口線相連，單片機可掛接多片DS1820，從而實現多點溫度檢測系統。由于DS1820只有3個引腳，其中2根是電源線VDD和GND，另外兩根用作總線DQ(DataIn／Out)，由于其輸出和輸入均是數字信號，且與TTL電平兼容，因此可以與微處理器直接進行接口，從而省去了一般傳感器所必需的中間轉換環節。
該設計以DS1820為傳感器，以AT89C51單片機為控制核心，組成的多點溫度測試系統如圖3所示。
3．2 軟件設計
程序處理是整個系統的關鍵，簡潔的硬件結構是靠復雜的軟件來支持的。多個器件掛在一條總線上去識別不同的器件，在程序設計過程中一般有初始化命令、傳送ROM命令、傳送RAM命令、數據交換命令4個步驟。
需要注意的是，無論是單點還是多點溫度檢測，在系統安裝及工作之前，應將主機逐個與DS182掛接，讀出其序列號。它的工作過程為：主機發出一個脈沖，待“0”電平大于480μs后，復位DA1820，在DS1820所發響應脈沖由主機接收后，主機再發讀ROM命令代碼33H，然后發一個脈沖(15μs)，并接著讀取DS1820序列號的1位。用同樣方法讀取序列號的56位。另外，由于DS1820單線通信功能是分時完成的，遵循嚴格的時隙概念，因此系統對DS1820和各種操作必須按協議進行，即初始化DS182(發復位脈沖)→發ROM功能命令→發存儲器操作命令→處理數據。
在正常測溫情況下，DS1820的測溫分辨率為0．5℃。這對于精度要求高的場合有所不足。在詳細分析DS1820測溫原理的基礎上，采取直接讀取DS1820內部暫存寄存器的方法，將DS1820的測溫分辨率提高到0．1～0．01℃。圖4為軟件設計的總流程。
4 結語
雖然DS1820具有測溫系統簡單，測溫精度高，連接方便，占用口線少等優點，但在實際應用中還應注意以下幾方面的問題：
系統硬件雖然簡單，但需要相對復雜的軟件進行補償；由于DS1820與微處理器間采用串行數據傳送，因此，在對DS1820進行讀／寫編程時，必須嚴格地保證讀／寫時序，否則將無法讀取測溫結果。
在DS1820的有關資料中均未提及單總線上所掛DS1820數量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS1820，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛DS1820超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅動問題，這一點在進行多點測溫系統設計時要加以注意。連接DS1820的總線電纜是有長度限制的。由于信號電纜本身存在電阻，距離過長時將導致信號衰減。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過50 m時，讀取的測溫數據將發生錯誤；當總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通信距離可達150 m；當采用每米絞合次數更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通信距離能進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產生畸變造成的。因此，在用DS1820進行長距離測溫系統設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配的問題。