GX18B20 數(shù)字溫度傳感器中文資料

GX18B20 是一款高精度、寬溫范圍的單線數(shù)字溫度傳感器，因其出色的性能和對DS18B20的完美兼容性，在工業(yè)控制、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本資料將詳細(xì)介紹GX18B20的技術(shù)特點、工作原理、應(yīng)用方法和編程實踐。

第一章：GX18B20 核心功能與技術(shù)參數(shù)

1.1 GX18B20 概述與定位

GX18B20 是一款基于先進(jìn)微處理器技術(shù)的數(shù)字溫度計，能夠提供9到12位的可編程分辨率。它采用了獨特的**單總線（1-Wire）**通信協(xié)議，使得僅需一根信號線（DQ）和一個地線（GND）即可與主控設(shè)備（如單片機(jī)）進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳輸。這種設(shè)計極大地簡化了硬件連接，特別適合于需要多點分布式測溫的應(yīng)用場景。GX18B20的最大特點是其與DS18B20的完全兼容性，開發(fā)者可以沿用為DS18B20設(shè)計的硬件電路和軟件驅(qū)動，大大降低了開發(fā)和替換成本。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

• 溫度測量范圍: -55°C 至 +125°C (-67°F 至 +257°F)，這使得它能夠應(yīng)對從極寒到高溫的各種環(huán)境。

• 測量精度: 在 -10°C 至 +70°C 的核心溫度范圍內(nèi)，精度可達(dá)到 ±0.4°C。在全溫范圍內(nèi)，精度為 ±1.2°C。

• 分辨率: 用戶可以根據(jù)應(yīng)用需求在9位、10位、11位和12位之間進(jìn)行選擇。分辨率越高，溫度測量的精細(xì)度也越高，但相應(yīng)的溫度轉(zhuǎn)換時間也會延長。

• 12位分辨率下的轉(zhuǎn)換時間: 小于400毫秒（ms）。這比DS18B20的750ms更快，允許更頻繁地進(jìn)行溫度采樣。

• 供電方式: 既可以采用標(biāo)準(zhǔn)的外部電源供電，也可以采用寄生電源模式。在寄生電源模式下，芯片通過單總線數(shù)據(jù)線上的高電平來獲取能量，從而無需獨立的電源引腳，特別適合于需要遠(yuǎn)距離或線纜數(shù)量受限的應(yīng)用。

• 供電電壓: 2.5V 至 5.5V，兼容大部分微控制器的工作電壓。

• 唯一ID: 每個GX18B20芯片都燒錄了一個全球唯一的 64位序列號。這個ID是其單總線協(xié)議的關(guān)鍵組成部分，允許在一個總線上連接多個GX18B20，并實現(xiàn)對每個芯片的獨立尋址和讀寫操作。

• 封裝形式: 提供3引腳的TO-92封裝以及8引腳的MSOP8/SOP8貼片封裝，以適應(yīng)不同的安裝需求。

• 報警功能: 芯片內(nèi)部集成了用戶可編程的非易失性高低溫報警寄存器（TH和TL）。當(dāng)測量的溫度超出設(shè)定的范圍時，芯片會記錄該狀態(tài)。主控設(shè)備可以通過一個特定的“報警搜索”命令來快速識別并定位所有發(fā)出報警的傳感器，這對于需要實時監(jiān)控溫度異常的應(yīng)用至關(guān)重要。

• ESD保護(hù): 擁有強(qiáng)大的靜電保護(hù)能力，人體模型（HBM）靜電保護(hù)能力高達(dá)8000V，機(jī)器模型（MM）靜電保護(hù)能力為800V，這使其在復(fù)雜的工業(yè)電磁環(huán)境中表現(xiàn)得更為穩(wěn)定可靠。

第二章：GX18B20 單總線通信協(xié)議詳解

單總線（1-Wire）協(xié)議是GX18B20的核心通信機(jī)制，它是一種主從式通信協(xié)議，僅通過一根數(shù)據(jù)線（DQ）即可實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸。

2.1 總線操作時序

單總線通信遵循嚴(yán)格的時序要求，主要包括以下幾個步驟：

1. 初始化與復(fù)位: 主設(shè)備（如單片機(jī)）首先拉低DQ線至少480微秒，然后釋放總線。如果總線上有從設(shè)備，它們會在拉低總線60-240微秒后釋放，形成一個存在脈沖，主設(shè)備檢測到此脈沖即表示總線上有設(shè)備存在。

2. ROM指令: 初始化成功后，主設(shè)備會發(fā)送ROM指令來選擇目標(biāo)芯片。ROM指令包括：

• 讀取ROM（33h）: 當(dāng)總線上只有一個從設(shè)備時，主設(shè)備可以直接讀取該設(shè)備的64位唯一ID。

• 匹配ROM（55h）: 主設(shè)備發(fā)送該指令后，會接著發(fā)送一個64位ID，只有ID匹配的從設(shè)備才會響應(yīng)后續(xù)命令。這是實現(xiàn)多點尋址的關(guān)鍵。

• 跳過ROM（CCh）: 當(dāng)總線上只有一個從設(shè)備時，主設(shè)備可以直接發(fā)送跳過ROM指令，從而跳過ROM匹配步驟，直接進(jìn)入功能指令操作。

• 搜索ROM（F0h）: 這是一個復(fù)雜的流程，用于在總線上發(fā)現(xiàn)所有設(shè)備的64位ID。

3. 功能指令: ROM指令執(zhí)行完畢后，主設(shè)備會發(fā)送功能指令來控制芯片的具體操作，這些指令包括：

• 溫度轉(zhuǎn)換（44h）: 啟動一次溫度測量，將結(jié)果存儲在內(nèi)部暫存器中。這個過程需要一定的時間（取決于分辨率）。

• 讀取暫存器（BEh）: 讀取芯片內(nèi)部的9個字節(jié)暫存器數(shù)據(jù)，其中包含了溫度值、高低溫報警閾值、配置寄存器等信息。

• 寫入暫存器（4Eh）: 寫入高低溫報警閾值和配置寄存器。

• 復(fù)制暫存器（48h）: 將暫存器中的高低溫報警閾值和配置寄存器數(shù)據(jù)復(fù)制到非易失性EEPROM中，以便在掉電后數(shù)據(jù)不會丟失。

2.2 數(shù)據(jù)讀寫時序

• 寫0時序: 主設(shè)備拉低DQ線15微秒以上，然后釋放。

• 寫1時序: 主設(shè)備拉低DQ線1-15微秒，然后釋放。

• 讀時序: 主設(shè)備拉低DQ線1-15微秒，然后釋放，并立即進(jìn)入接收狀態(tài)。從設(shè)備會在這個時間窗口內(nèi)將數(shù)據(jù)輸出到DQ線上。

所有時序都必須嚴(yán)格遵守單總線協(xié)議的規(guī)定，否則通信將失敗。

第三章：GX18B20 編程與應(yīng)用實踐

3.1 硬件連接

典型的GX18B20應(yīng)用電路非常簡單。只需將傳感器的DQ引腳連接到微控制器的GPIO端口，GND引腳接地。如果采用外部電源模式，VDD引腳需要連接到2.5V-5.5V的電源。在DQ線上，通常需要一個4.7kΩ左右的上拉電阻，以確?？偩€空閑時處于高電平。

3.2 軟件編程流程

使用GX18B20進(jìn)行溫度測量的一般軟件流程如下：

1. 初始化: 調(diào)用單總線初始化函數(shù)，進(jìn)行復(fù)位和存在脈沖檢測。

2. 選擇設(shè)備: 如果總線上只有一個傳感器，可以使用“跳過ROM（CCh）”指令。如果總線上有多個傳感器，需要使用“匹配ROM（55h）”指令來指定要操作的設(shè)備，或者使用“搜索ROM（F0h）”來獲取所有設(shè)備的ID。

3. 啟動轉(zhuǎn)換: 發(fā)送“溫度轉(zhuǎn)換（44h）”指令。

4. 等待轉(zhuǎn)換: 等待芯片完成溫度轉(zhuǎn)換。這個時間取決于所設(shè)定的分辨率，可以通過延遲函數(shù)或者檢查DQ線上的狀態(tài)來判斷轉(zhuǎn)換是否完成。

5. 讀取數(shù)據(jù): 發(fā)送“讀取暫存器（BEh）”指令，從芯片讀取9個字節(jié)的數(shù)據(jù)。

6. 解析數(shù)據(jù): 從讀取的9個字節(jié)中，提取第1個和第2個字節(jié)，它們包含了溫度值的高低位數(shù)據(jù)。

7. 計算溫度: 將讀取到的兩個字節(jié)進(jìn)行處理，根據(jù)分辨率和符號位計算出實際的溫度值。例如，對于12位分辨率，溫度數(shù)據(jù)是16位的補(bǔ)碼形式，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈灰坪头枖U(kuò)展。

8. 重復(fù): 根據(jù)應(yīng)用需求，重復(fù)以上步驟以實現(xiàn)連續(xù)的溫度測量。

3.3 溫度值計算

讀取到的兩個字節(jié)（低字節(jié)temp_L和高字節(jié)temp_H）需要合并為16位數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行計算。

• 12位分辨率: 16位數(shù)據(jù)中，低4位為小數(shù)部分，高11位為整數(shù)部分（包括符號位）。如果最高位（第15位）為0，則溫度為正；如果為1，則為負(fù)，需要先取反加1得到其絕對值。

• 計算公式: temperature = 16位溫度值 / 16.0

第四章：GX18B20 與 DS18B20 的比較

雖然GX18B20與DS18B20高度兼容，但在一些關(guān)鍵性能指標(biāo)上，GX18B20有著明顯的優(yōu)勢：

第五章：應(yīng)用案例與場景

GX18B20因其可靠性和易用性，被廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域：

• 工業(yè)自動化: 監(jiān)測生產(chǎn)線、設(shè)備和管道的溫度，確保生產(chǎn)過程穩(wěn)定。

• HVAC系統(tǒng): 用于空調(diào)、通風(fēng)和供暖系統(tǒng)中的溫度控制，實現(xiàn)節(jié)能和舒適。

• 糧情測溫: 用于糧倉內(nèi)部的溫度監(jiān)控，防止糧食因溫度過高而發(fā)霉變質(zhì)。

• 消費電子: 智能家居設(shè)備、家用電器中的溫度傳感器。

• 氣象站: 用于環(huán)境溫度測量，提供精確的氣象數(shù)據(jù)。

GX18B20是一款功能強(qiáng)大、兼容性好且性能優(yōu)越的數(shù)字溫度傳感器，尤其是在需要高精度、快速響應(yīng)和強(qiáng)大抗干擾能力的工業(yè)應(yīng)用中，它是一個非常理想的選擇。