DS18B20原理与应用

DS18B20的特点:

DS18B20 单线数字温度传感器，即“一线器件”，其具有独特的优点：

( 1 )采用单总线的接口方式 与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。

( 2 )测量温度范围宽，测量精度高 DS18B20 的测量范围为 -55 ℃ ~+ 125 ℃ ; 在 -10~+ 85°C范围内，精度为 ± 0.5°C 。

( 3 )在使用中不需要任何外围元件。

( 4 )持多点组网功能 多个 DS18B20 可以并联在惟一的单线上，实现多点测温。

( 5 )供电方式灵活 DS18B20 可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高。

( 6 )测量参数可配置 DS18B20 的测量分辨率可通过程序设定 9~12 位。

( 7 ) 负压特性电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

( 8 )掉电保护功能 DS18B20 内部含有 EEPROM ，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。

DS18B20 具有体积更小、适用电压更宽、更经济、可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围，适合于构建自己的经济的测温系统，因此也就被设计者们所青睐。

DS18B20内部结构：

主要由4部分组成：64 位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的排的循环冗余校验码(CRC=X^8+X^5+X^4+1)。 ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

DS18B20管脚排列：

1. GND为电源地;

2. DQ为数字信号输入/输出端;

3. VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)

DS18B20内部构成：

高速暂存存储器由9个字节组成，当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，对应的温度计算：当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制;当S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。

温度的低八位数据 0

温度的高八位数据 1

高温阀值 2

低温阀值 3

保留 4

保留 5

计数剩余值 6

每度计数值 7

CRC 校验 8

DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位二进制形式提供，形式表达，其中S为符号位。

例如：

+125℃的数字输出07D0H

(正温度直接把16进制数转成10进制即得到温度值 )

-55℃的数字输出为 FC90H。

(负温度把得到的16进制数取反后加1 再转成10进制数)

DS18B20的工作时序：

初始化时序

主机首先发出一个480-960微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的480微秒时间内对总线进行检测，如果有低电平出现说明总线上有器件已做出应答。若无低电平出现一直都是高电平说明总线上无器件应答。

做为从器件的DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有480-960微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待15-60微秒后将总线电平拉低60-240微秒做出响应存在脉冲，告诉主机本器件已做好准备。若没有检测到就一直在检测等待。

写操作

写周期最少为60微秒，最长不超过120微秒。写周期一开始做为主机先把总线拉低1微秒表示写周期开始。随后若主机想写0，则继续拉低电平最少60微秒直至写周期结束，然后释放总线为高电平。若主机想写1，在一开始拉低总线电平1微秒后就释放总线为高电平，一直到写周期结束。而做为从机的DS18B20则在检测到总线被拉底后等待15微秒然后从15us到45us开始对总线采样，在采样期内总线为高电平则为1，若采样期内总线为低电平则为0。

读操作

对于读数据操作时序也分为读0时序和读1时序两个过程。读时隙是从主机把单总线拉低之后，在1微秒之后就得释放单总线为高电平，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在检测到总线被拉低1微秒后，便开始送出数据，若是要送出0就把总线拉为低电平直到读周期结束。若要送出1则释放总线为高电平。主机在一开始拉低总线1微秒后释放总线，然后在包括前面的拉低总线电平1微秒在内的15微秒时间内完成对总线进行采样检测，采样期内总线为低电平则确认为0。采样期内总线为高电平则确认为1。完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成

DS18B20 单线通信：

DS18B20 单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，如果出现序列混乱， 1-WIRE 器件将不响应主机，因此读写时序很重要。系统对 DS18B20 的各种操作必须按协议进行。根据 DS18B20 的协议规定，微控制器控制 DS18B20 完成温度的转换必须经过以下 3个步骤 ：

(1)每次读写前对 DS18B20 进行复位初始化。复位要求主 CPU 将数据线下拉 500us ，然后释放， DS18B20 收到信号后等待 16us~60us 左右，然后发出60us~240us 的存在低脉冲，主 CPU 收到此信号后表示复位成功。

(2)发送一条 ROM 指令

(3)发送存储器指令

具体操作举例：

现在我们要做的是让DS18B20进行一次温度的转换，那具体的操作就是：

1、主机先作个复位操作，

2、主机再写跳过ROM的操作(CCH)命令，

3、然后主机接着写个转换温度的操作命令，后面释放总线至少一秒，让DS18B20完成转换的操作。在这里要注意的是每个命令字节在写的时候都是低字节先写，例如CCH的二进制为11001100，在写到总线上时要从低位开始写，写的顺序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹”。整个操作的总线状态如下图。

读取RAM内的温度数据。同样，这个操作也要接照三个步骤。

1、主机发出复位操作并接收DS18B20的应答(存在)脉冲。

2、主机发出跳过对ROM操作的命令(CCH)。

3、主机发出读取RAM的命令(BEH)，随后主机依次读取DS18B20发出的从第0一第8，共九个字节的数据。如果只想读取温度数据，那在读完第0和第1个数据后就不再理会后面DS18B20发出的数据即可。同样读取数据也是低位在前的。整个操作的总线状态如下图：

C语言代码

sbit DQ=P3^3;

uchar t; //设置全局变量，专门用于延时程序

bit Init_DS18B20(void)

{

bit flag;

DQ=1;

_nop_(); //??????????????? for(t=0;t<2;t++);

DQ=0;

for(t=0;t<200;t++);

DQ=1;

for(t=0;t<15;t++);//????????????????? for(t=0;t<10;t++);

flag=DQ;

for(t=0;t<200;t++);

return flag;

}

uchar ReadOneChar(void)

{

uchar i=0;

uchar dat;

for(i=0;i<8;i++)

{

DQ=1;

_nop_();

DQ=0;

_nop_();

DQ=1; //人为拉高，为单片机检测DS18B20的输出电平做准备

for(t=0;t<3;t++);//延时月9us ????????????????????????? for(t=0;t<2;t++);

dat>>=1;

if(DQ==1)

{

dat|=0x80;

}

else

dat|=0x00;

for(t=0;t<1;t++);//延时3us，两个个读时序间至少需要1us的恢复期 ??????????for(t=0;t<8;t++);

}

return dat;

}

void WriteOneChar(uchar dat)

{

uchar i=0;

for(i=0;i<8;i++)

{

DQ=1;

_nop_();

DQ=0;

_nop_();// ??????????????????????????????????????????????

DQ=dat&0x01;

for(t=0;t<15;t++);//延时约45us，DS18B20在15~60us对数据采样 ??????????????? for(t=0;t<10;t++);

DQ=1; //释放数据线

for(t=0;t<1;t++); //延时3us，两个写时序间至少需要1us的恢复期

dat>>=1;

}

for(t=0;t<4;t++);

}

void ReadyReadTemp(void)

{

Init_DS18B20();

WriteOneChar(0xcc);

WriteOneChar(0x44);

delaynms(1000); // ?????????????????????????? delaynms(200);

Init_DS18B20();

WriteOneChar(0xcc);

WriteOneChar(0xbe);

}