DS18B20的原理與應(yīng)用

DS18B20的特點:

• DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器，即“一線器件”，其具有獨特的優(yōu)點：
• （ 1 ）采用單總線的接口方式與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。單總線具有經(jīng)濟(jì)性好，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，使用方便等優(yōu)點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。
• （ 2 ）測量溫度范圍寬，測量精度高 DS18B20 的測量范圍為 -55 ℃ ~+ 125 ℃ ； 在 -10~+ 85°C 范圍內(nèi)，精度為 ± 0.5°C 。
• （ 3 ）在使用中不需要任何外圍元件。
• （ 4 ）持多點組網(wǎng)功能 多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的單線上，實現(xiàn)多點測溫。
• （ 5 ）供電方式靈活 DS18B20 可以通過內(nèi)部寄生電路從數(shù)據(jù)線上獲取電源。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)線上的時序滿足一定的要求時，可以不接外部電源，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。
• （ 6 ）測量參數(shù)可配置 DS18B20 的測量分辨率可通過程序設(shè)定 9~12 位。
• （ 7 ）負(fù)壓特性電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。
• （ 8 ）掉電保護(hù)功能 DS18B20 內(nèi)部含有 EEPROM ，在系統(tǒng)掉電以后，它仍可保存分辨率及報警溫度的設(shè)定值。
• DS18B20 具有體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)、可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍，適合于構(gòu)建自己的經(jīng)濟(jì)的測溫系統(tǒng)，因此也就被設(shè)計者們所青睞。

DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)：
主要由4部分組成：64 位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個DS18B20的64位序列號均不相同。64位ROM的排的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X^8＋X^5＋X^4＋1）。 ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。



DS18B20管腳排列：
1. GND為電源地；
2. DQ為數(shù)字信號輸入／輸出端；
3. VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）



DS18B20內(nèi)部構(gòu)成：
高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，對應(yīng)的溫度計算：當(dāng)符號位S=0時，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計算十進(jìn)制值。


溫度的低八位數(shù)據(jù) 0
溫度的高八位數(shù)據(jù) 1
高溫閥值 2
低溫閥值 3
保留 4
保留 5
計數(shù)剩余值 6
每度計數(shù)值 7
CRC 校驗 8



讀操作


對于讀數(shù)據(jù)操作時序也分為讀0時序和讀1時序兩個過程。讀時隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在1微秒之后就得釋放單總線為高電平，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20在檢測到總線被拉低1微秒后，便開始送出數(shù)據(jù)，若是要送出0就把總線拉為低電平直到讀周期結(jié)束。若要送出1則釋放總線為高電平。主機(jī)在一開始拉低總線1微秒后釋放總線，然后在包括前面的拉低總線電平1微秒在內(nèi)的15微秒時間內(nèi)完成對總線進(jìn)行采樣檢測，采樣期內(nèi)總線為低電平則確認(rèn)為0。采樣期內(nèi)總線為高電平則確認(rèn)為1。完成一個讀時序過程，至少需要60us才能完成


DS18B20 單線通信功能是分時完成的，他有嚴(yán)格的時隙概念，如果出現(xiàn)序列混亂， 1-WIRE 器件將不響應(yīng)主機(jī)，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。根據(jù) DS18B20 的協(xié)議規(guī)定，微控制器控制 DS18B20 完成溫度的轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過以下 3個步驟 ：
（１）每次讀寫前對 DS18B20 進(jìn)行復(fù)位初始化。復(fù)位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500us ，然后釋放， DS18B20 收到信號后等待 16us~60us 左右，然后發(fā)出60us~240us 的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號后表示復(fù)位成功。
（２）發(fā)送一條 ROM 指令

（３）發(fā)送存儲器指令



具體操作舉例：
現(xiàn)在我們要做的是讓DS18B20進(jìn)行一次溫度的轉(zhuǎn)換，那具體的操作就是：
1、主機(jī)先作個復(fù)位操作，
2、主機(jī)再寫跳過ROM的操作（CCH）命令，
3、然后主機(jī)接著寫個轉(zhuǎn)換溫度的操作命令，后面釋放總線至少一秒，讓DS18B20完成轉(zhuǎn)換的操作。在這里要注意的是每個命令字節(jié)在寫的時候都是低字節(jié)先寫，例如CCH的二進(jìn)制為11001100，在寫到總線上時要從低位開始寫，寫的順序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹”。整個操作的總線狀態(tài)如下圖。


讀取RAM內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)。同樣，這個操作也要接照三個步驟。
1、主機(jī)發(fā)出復(fù)位操作并接收DS18B20的應(yīng)答（存在）脈沖。
2、主機(jī)發(fā)出跳過對ROM操作的命令（CCH）。
3、主機(jī)發(fā)出讀取RAM的命令（BEH），隨后主機(jī)依次讀取DS18B20發(fā)出的從第0一第8，共九個字節(jié)的數(shù)據(jù)。如果只想讀取溫度數(shù)據(jù)，那在讀完第0和第1個數(shù)據(jù)后就不再理會后面DS18B20發(fā)出的數(shù)據(jù)即可。同樣讀取數(shù)據(jù)也是低位在前的。整個操作的總線狀態(tài)如下圖：




C語言代碼




sbit DQ=P3^3;
uchar t; //設(shè)置全局變量，專門用于延時程序

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; //人為拉高，為單片機(jī)檢測DS18B20的輸出電平做準(zhǔn)備
for(t=0;t<3;t++);//延時月9us????????????????????????? for(t=0;t<2;t++);
dat>>=1;
if(DQ==1)
{
dat|=0x80;
}
else
dat|=0x00;
for(t=0;t<1;t++);//延時3us，兩個個讀時序間至少需要1us的恢復(fù)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++);//延時約45us，DS18B20在15~60us對數(shù)據(jù)采樣 ???????????????for(t=0;t<10;t++);
DQ=1; //釋放數(shù)據(jù)線
for(t=0;t<1;t++); //延時3us，兩個寫時序間至少需要1us的恢復(fù)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);
}