4.3.2 温度测量与控制原理
1.一线总线技术
一线总线技术就是在一条总线上仅有一个主系统和若干个从系统组成的计算机应用系统。它具备能与计算机进行数字通信、总线负载量大、布线简练、精度高、性能稳定、价格便宜等多方面优点，是工业现场系统设计的高级境界。
一线总线技术的优势在于：作为信号源，不用考虑通信协议问题；在绝大多数场合，不用考虑总线上连接的传感器数量；在大多数场合甚至不需要另外提供电源。典型的一线总线器件结构如图4.9所示。
图4.9 DS18S20结构图
DS18S20只有3个引脚，说明如下：
DQ：数据输入输出，漏极开路1线接口，也在寄生电源模式时给设备提供电源。
Vdd：可选的电源电压脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。
GND：地。
2.一线数字温度传感器DS18S20
DS18S20是DALLAS公司生产的一线数字温度传感器，是世界上第一个支持一线总线接口的温度传感器，供电电压为2.7～5.5V，转换时间为50ms，字模9Bit温度数据格式，可设定报警限值。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。
DS18S20测量温度范围为-55～125℃，在-10～85℃范围内，精度为±0.5℃。DS18S20可以程序设定9～12位的分辨率，及用户设定的报警温度存储在E2 PROM中，掉电后依然保存。
DS18S20内部结构主要由4部分组成：64位光刻ROM、高速闪存、寄存电源回路和内存控制逻辑。该闪存还提供了对上限（TH）和下限（TL）超标报警寄存器、配置寄存器（各1个字节）的访问。TH、TL和配置寄存器是非易失性的（E2 PROM），系统掉电时它们会保存数据。
DS18S20的另一个特点是可以在没有外部电源下操作。电源由总线为高电平时DQ引脚上的上拉电阻提供（寄生电源模式），此时Vdd接地。另外，也可用传统模式供电，此时将外部电源连在Vdd引脚即可。
3.DS18S20的寄存器
DS18S20存储器组织如图4.10所示。字节0和字节1分别包含温度寄存器的LSB和MSB，这些字节是只读的。字节2和3提供了对TH（上限超标报警寄存器）和TL（下限超标报警寄存器）的访问。字节4包含配置寄存器数据。字节5、字节6和字节7保留作器件内部使用，不能被改写；当读数据时，这些字节返回全1值。字节8是只读的，含有字节0到字节7的CRC校验。
图4.10 存储器组织图
高速闪存的字节4包含配置寄存器，其组织结构如图4.11所示。用户可以用这一寄存器的R0和R1位设置DS18S20，其测量分辨率如表4.3所示。这些位上电后默认值是R0=1和R1=1（12位分辨率）。字节7和字节0～4保留作内部使用，不能更改；在读数据时这些位返回1。
图4.11 配置寄存器
表4.3 测温分辨率配置
4.DS18S20的读/写
访问DS18S20的顺序如下：
（1）初始化；
（2）ROM命令（接着是数据交换）；
（3）DS18S20函数命令（接着是数据交换）。
每一次访问DS18S20时必须遵循这一顺序，如果其中的任何一步缺少或打乱它们的顺序，DS18S20将不会响应。
每一次读/写之前都要对DS18S20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18S20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500μs，然后释放，DS18S20收到信号后等待16～60μs，再发出60～240 μs的低电平，主CPU收到此信号表示复位成功。