DS18B20的原理与应用

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 EEP ROM，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



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);
}