DS1620实现高分辨率温度测量

DS1620是DALLAS半导体公司的温度传感器家庭成员之一，是新型数字式温度传感器。其测温范围宽（-55℃～+125℃），感应能力精确，不需A/D转换电路，直接将温度值转换成数字量。其外围电路简单，可以不需要PC机和单片机等的支持，独立进行工作。可广泛应用于温度控制，温度测量，工作系统及任何热敏感系统中。

DS1620为8引脚DIP或SOIC封装，其引脚符号及功能见表1。

表1

测温原理

DS1620通过专有的片载温度测量技术进行温度测量。其测温原理如图1所示。

计数器和温度寄存器预选设置为-55℃的基值，计数器对流经低温系数振荡器的脉冲进行计数，计数脉冲的周期由高温系数振荡器决定。如果计数器在高温系数振荡器发出结束信号之前到达0，则温度寄存器开始增值，表示温度值在-55℃之上。同时，计数器预设一个数值，此数值由非线性补偿累加器决定，以补偿振荡器测温过程中的抛物线性，即非线性。然后计数器重复进行计数。如此循环，最终温度寄存器中的数字量即为所测温度值。

温度值的换算在DS1620内部进行，分辨率为0.5℃。DS1620的温度值以1/2℃LSB（最低有效位）表示，9位数据格式如下：（T=25.5℃）

非线性补偿累加器的作用为补偿测温振荡器的非线性误差，改变每℃增值的计数器数值。若得知计数器中的数值和在补测温度下每℃的计数（非线性补偿累加器中的值），便可以实现高分辨率温度测量。

DS1620在正常测温情况下分辨率为0.5℃，根据其测温工作原理，可以将其分辨率提高到0.1℃～0.05℃，以适应需要精确温度值的工业测量及控制系统。

大多数Dallas数字式温度传感器都能通过将最低有效位（LSB）置位或清零，以确保0.5℃的分辨率。传感的误差范围由不同数值的LSB数字化决定。例如25℃至26℃之间的温度值可参考表2。

表2

由表可知，对于每一次读入的温度值，都以1/2LSB为单位进行四舍五入计算，DS1620的1/2LSB为0.25℃，它在进行高分辨率测量的计算中必须考虑在内。

DS1620读进的原始数据为9位，对所读数据减去最低有效位，使可得到高分辨率值。计算过程为：将读入的温度可存器二进制数字量转化成带符号整数，即temp read；然后对DS1620执行特定的控制指令，使可得到保留在计数器中的数值，即转换停止后的计数器保留数cont remain：以另一特定控制指令或指令集读出非线性累加器中的数值，即在此温度下每℃的计数值count per degree，得知这些参数后，通过如下公式：

实际值=temp read 1/2LSB+(count per degree count remain)/count per degree

实际的精确温度值便可计算出来，分辨率高达0.1℃。

DS1620的工作方式及状态检测位由设置寄存器决定，在进行温度转换之前首先要对其初始化，由PC机或单片机设定设置寄存器的相应位。设置寄存器格式如下：

DONE（D7）位为1时表示温度转换已经完成，为0时表示转换正在进行。注意此位只在单次转换方式时有效。

THF（D6）TLF（D5）位分别为高于高温极限值或低于低温极限值时置位。

ISHOT（D0）位为1时表示以温度单次转换方式运行，为0时表示连续方式。

CPU（D1）位为1时表示DS1620以3线串行接口与PC机或单片机通信，为0时表示独立工作方式。

*表示无关位。

在DS1620以CPU方式工作时，PC机或单片机的程序流程如图2所示。

在实现过程中注意下面问题：

1.实现过程中必须用到两条特殊指令：读计数器指令（A0H）和装载计数器指令（41H），这两条指令在DS1620使用手册上查不到。前一条指令的作用为读出计数器中的数值，后一条指令的作用为将非线性累加器中的数值装入计数器。

2.在数据传输过程中，DQ线上数据的传输顺序为LSB（最低有效位）在先，MSB（最高有效位）在最后。例如设置寄存器状态字节的传送，第一位ISHOT位（D0），其次为CPU位（D1），依次下去，第八位为DONE位（D7）。

3.从DQ引脚上读取数据时，设置寄存器的状态为8位数据，而温度数据为9位，这在编程时要加以区别。可以编读取8位数据和9位数据的子函数分别调用，也可只编读取9位的程序，但在判断设置寄存器状态时只取前8位。

4.注意在常温下，每次写入DS1620存储器都需要近10ms，所以在写指令之后不能立即对DS1620进行读写访问，通常加10ms的延时。

5.DS1620是以STOP（RST=0）作为一次数据通信的结束。因此在每次设置操作结束或读取8位温度数据后，都要将RST引脚复位为低电平，然后置为高电平重新开始工作。

6.以在温度单次转换方式工作时，每次转换完成并读取温度值之后，都要重新发送开始温度转换指令（EE H）。而在连续转换方式只需开始发送转换指令,DS1620会在一次温度转换完成后，继续进行一睛次转换，时间间隔为1秒。此时停止转换指令（22H）将暂停温度转换，开始转换指令会重新开始转换。