GX18B20 数字温度传感器中文资料

GX18B20 是一款高精度、宽温范围的单线数字温度传感器，因其出色的性能和对DS18B20的完美兼容性，在工业控制、物联网（IoT）、环境监测等领域得到了广泛应用。本资料将详细介绍GX18B20的技术特点、工作原理、应用方法和编程实践。

第一章：GX18B20 核心功能与技术参数

1.1 GX18B20 概述与定位

GX18B20 是一款基于先进微处理器技术的数字温度计，能够提供9到12位的可编程分辨率。它采用了独特的**单总线（1-Wire）**通信协议，使得仅需一根信号线（DQ）和一个地线（GND）即可与主控设备（如单片机）进行通信和数据传输。这种设计极大地简化了硬件连接，特别适合于需要多点分布式测温的应用场景。GX18B20的最大特点是其与DS18B20的完全兼容性，开发者可以沿用为DS18B20设计的硬件电路和软件驱动，大大降低了开发和替换成本。

1.2 关键技术参数

• 温度测量范围: -55°C 至 +125°C (-67°F 至 +257°F)，这使得它能够应对从极寒到高温的各种环境。

• 测量精度: 在 -10°C 至 +70°C 的核心温度范围内，精度可达到 ±0.4°C。在全温范围内，精度为 ±1.2∘C。

• 分辨率: 用户可以根据应用需求在9位、10位、11位和12位之间进行选择。分辨率越高，温度测量的精细度也越高，但相应的温度转换时间也会延长。

• 12位分辨率下的转换时间: 小于400毫秒（ms）。这比DS18B20的750ms更快，允许更频繁地进行温度采样。

• 供电方式: 既可以采用标准的外部电源供电，也可以采用寄生电源模式。在寄生电源模式下，芯片通过单总线数据线上的高电平来获取能量，从而无需独立的电源引脚，特别适合于需要远距离或线缆数量受限的应用。

• 供电电压: 2.5V 至 5.5V，兼容大部分微控制器的工作电压。

• 唯一ID: 每个GX18B20芯片都烧录了一个全球唯一的 64位序列号。这个ID是其单总线协议的关键组成部分，允许在一个总线上连接多个GX18B20，并实现对每个芯片的独立寻址和读写操作。

• 封装形式: 提供3引脚的TO-92封装以及8引脚的MSOP8/SOP8贴片封装，以适应不同的安装需求。

• 报警功能: 芯片内部集成了用户可编程的非易失性高低温报警寄存器（TH和TL）。当测量的温度超出设定的范围时，芯片会记录该状态。主控设备可以通过一个特定的“报警搜索”命令来快速识别并定位所有发出报警的传感器，这对于需要实时监控温度异常的应用至关重要。

• ESD保护: 拥有强大的静电保护能力，人体模型（HBM）静电保护能力高达8000V，机器模型（MM）静电保护能力为800V，这使其在复杂的工业电磁环境中表现得更为稳定可靠。

第二章：GX18B20 单总线通信协议详解

单总线（1-Wire）协议是GX18B20的核心通信机制，它是一种主从式通信协议，仅通过一根数据线（DQ）即可实现双向数据传输。

2.1 总线操作时序

单总线通信遵循严格的时序要求，主要包括以下几个步骤：

1. 初始化与复位: 主设备（如单片机）首先拉低DQ线至少480微秒，然后释放总线。如果总线上有从设备，它们会在拉低总线60-240微秒后释放，形成一个存在脉冲，主设备检测到此脉冲即表示总线上有设备存在。

2. ROM指令: 初始化成功后，主设备会发送ROM指令来选择目标芯片。ROM指令包括：

• 读取ROM（33h）: 当总线上只有一个从设备时，主设备可以直接读取该设备的64位唯一ID。

• 匹配ROM（55h）: 主设备发送该指令后，会接着发送一个64位ID，只有ID匹配的从设备才会响应后续命令。这是实现多点寻址的关键。

• 跳过ROM（CCh）: 当总线上只有一个从设备时，主设备可以直接发送跳过ROM指令，从而跳过ROM匹配步骤，直接进入功能指令操作。

• 搜索ROM（F0h）: 这是一个复杂的流程，用于在总线上发现所有设备的64位ID。

3. 功能指令: ROM指令执行完毕后，主设备会发送功能指令来控制芯片的具体操作，这些指令包括：

• 温度转换（44h）: 启动一次温度测量，将结果存储在内部暂存器中。这个过程需要一定的时间（取决于分辨率）。

• 读取暂存器（BEh）: 读取芯片内部的9个字节暂存器数据，其中包含了温度值、高低温报警阈值、配置寄存器等信息。

• 写入暂存器（4Eh）: 写入高低温报警阈值和配置寄存器。

• 复制暂存器（48h）: 将暂存器中的高低温报警阈值和配置寄存器数据复制到非易失性EEPROM中，以便在掉电后数据不会丢失。

2.2 数据读写时序

• 写0时序: 主设备拉低DQ线15微秒以上，然后释放。

• 写1时序: 主设备拉低DQ线1-15微秒，然后释放。

• 读时序: 主设备拉低DQ线1-15微秒，然后释放，并立即进入接收状态。从设备会在这个时间窗口内将数据输出到DQ线上。

所有时序都必须严格遵守单总线协议的规定，否则通信将失败。

第三章：GX18B20 编程与应用实践

3.1 硬件连接

典型的GX18B20应用电路非常简单。只需将传感器的DQ引脚连接到微控制器的GPIO端口，GND引脚接地。如果采用外部电源模式，VDD引脚需要连接到2.5V-5.5V的电源。在DQ线上，通常需要一个4.7kΩ左右的上拉电阻，以确保总线空闲时处于高电平。

3.2 软件编程流程

使用GX18B20进行温度测量的一般软件流程如下：

1. 初始化: 调用单总线初始化函数，进行复位和存在脉冲检测。

2. 选择设备: 如果总线上只有一个传感器，可以使用“跳过ROM（CCh）”指令。如果总线上有多个传感器，需要使用“匹配ROM（55h）”指令来指定要操作的设备，或者使用“搜索ROM（F0h）”来获取所有设备的ID。

3. 启动转换: 发送“温度转换（44h）”指令。

4. 等待转换: 等待芯片完成温度转换。这个时间取决于所设定的分辨率，可以通过延迟函数或者检查DQ线上的状态来判断转换是否完成。

5. 读取数据: 发送“读取暂存器（BEh）”指令，从芯片读取9个字节的数据。

6. 解析数据: 从读取的9个字节中，提取第1个和第2个字节，它们包含了温度值的高低位数据。

7. 计算温度: 将读取到的两个字节进行处理，根据分辨率和符号位计算出实际的温度值。例如，对于12位分辨率，温度数据是16位的补码形式，需要进行适当的位移和符号扩展。

8. 重复: 根据应用需求，重复以上步骤以实现连续的温度测量。

3.3 温度值计算

读取到的两个字节（低字节temp_L和高字节temp_H）需要合并为16位数据，然后进行计算。

• 12位分辨率: 16位数据中，低4位为小数部分，高11位为整数部分（包括符号位）。如果最高位（第15位）为0，则温度为正；如果为1，则为负，需要先取反加1得到其绝对值。

• 计算公式: temperature = 16位温度值 / 16.0

第四章：GX18B20 与 DS18B20 的比较

虽然GX18B20与DS18B20高度兼容，但在一些关键性能指标上，GX18B20有着明显的优势：

第五章：应用案例与场景

GX18B20因其可靠性和易用性，被广泛应用于以下领域：

• 工业自动化: 监测生产线、设备和管道的温度，确保生产过程稳定。

• HVAC系统: 用于空调、通风和供暖系统中的温度控制，实现节能和舒适。

• 粮情测温: 用于粮仓内部的温度监控，防止粮食因温度过高而发霉变质。

• 消费电子: 智能家居设备、家用电器中的温度传感器。

• 气象站: 用于环境温度测量，提供精确的气象数据。

GX18B20是一款功能强大、兼容性好且性能优越的数字温度传感器，尤其是在需要高精度、快速响应和强大抗干扰能力的工业应用中，它是一个非常理想的选择。