DS18B20的原理與應用

DS18B20的特點(diǎn):

• DS18B20 單線(xiàn)數字溫度傳感器，即“一線(xiàn)器件”，其具有獨特的優(yōu)點(diǎn)：
• （ 1 ）采用單總線(xiàn)的接口方式與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線(xiàn)即可實(shí)現微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。單總線(xiàn)具有經(jīng)濟性好，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境的現場(chǎng)溫度測量，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，使用戶(hù)可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò )，為測量系統的構建引入全新概念。
• （ 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，精度為 ± 0.5°C 。
• （ 3 ）在使用中不需要任何外圍元件。
• （ 4 ）持多點(diǎn)組網(wǎng)功能 多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的單線(xiàn)上，實(shí)現多點(diǎn)測溫。
• （ 5 ）供電方式靈活 DS18B20 可以通過(guò)內部寄生電路從數據線(xiàn)上獲取電源。因此，當數據線(xiàn)上的時(shí)序滿(mǎn)足一定的要求時(shí)，可以不接外部電源，從而使系統結構更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。
• （ 6 ）測量參數可配置 DS18B20 的測量分辨率可通過(guò)程序設定 9~12 位。
• （ 7 ）負壓特性電源極性接反時(shí)，溫度計不會(huì )因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。
• （ 8 ）掉電保護功能 DS18B20 內部含有 EEPROM ，在系統掉電以后，它仍可保存分辨率及報警溫度的設定值。
• DS18B20 具有體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟、可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍，適合于構建自己的經(jīng)濟的測溫系統，因此也就被設計者們所青睞。

DS18B20內部結構：
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(chǎng)前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個(gè)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(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現一根總線(xiàn)上掛接多個(gè)DS18B20的目的。



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



DS18B20內部構成：
高速暫存存儲器由9個(gè)字節組成，當溫度轉換命令發(fā)布后，經(jīng)轉換所得的溫度值以二字節補碼形式存放在高速暫存存儲器的第0和第1個(gè)字節。單片機可通過(guò)單線(xiàn)接口讀到該數據，讀取時(shí)低位在前，高位在后，對應的溫度計算：當符號位S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉換為十進(jìn)制；當S=1時(shí)，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進(jìn)制值。


溫度的低八位數據 0
溫度的高八位數據 1
高溫閥值 2
低溫閥值 3
保留 4
保留 5
計數剩余值 6
每度計數值 7
CRC 校驗 8



讀操作


對于讀數據操作時(shí)序也分為讀0時(shí)序和讀1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。讀時(shí)隙是從主機把單總線(xiàn)拉低之后，在1微秒之后就得釋放單總線(xiàn)為高電平，以讓DS18B20把數據傳輸到單總線(xiàn)上。DS18B20在檢測到總線(xiàn)被拉低1微秒后，便開(kāi)始送出數據，若是要送出0就把總線(xiàn)拉為低電平直到讀周期結束。若要送出1則釋放總線(xiàn)為高電平。主機在一開(kāi)始拉低總線(xiàn)1微秒后釋放總線(xiàn)，然后在包括前面的拉低總線(xiàn)電平1微秒在內的15微秒時(shí)間內完成對總線(xiàn)進(jìn)行采樣檢測，采樣期內總線(xiàn)為低電平則確認為0。采樣期內總線(xiàn)為高電平則確認為1。完成一個(gè)讀時(shí)序過(guò)程，至少需要60us才能完成


DS18B20 單線(xiàn)通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴格的時(shí)隙概念，如果出現序列混亂， 1-WIRE 器件將不響應主機，因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要。系統對 DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。根據 DS18B20 的協(xié)議規定，微控制器控制 DS18B20 完成溫度的轉換必須經(jīng)過(guò)以下 3個(gè)步驟 ：
（１）每次讀寫(xiě)前對 DS18B20 進(jìn)行復位初始化。復位要求主 CPU 將數據線(xiàn)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：
現在我們要做的是讓DS18B20進(jìn)行一次溫度的轉換，那具體的操作就是：
1、主機先作個(gè)復位操作，
2、主機再寫(xiě)跳過(guò)ROM的操作（CCH）命令，
3、然后主機接著(zhù)寫(xiě)個(gè)轉換溫度的操作命令，后面釋放總線(xiàn)至少一秒，讓DS18B20完成轉換的操作。在這里要注意的是每個(gè)命令字節在寫(xiě)的時(shí)候都是低字節先寫(xiě)，例如CCH的二進(jìn)制為11001100，在寫(xiě)到總線(xiàn)上時(shí)要從低位開(kāi)始寫(xiě)，寫(xiě)的順序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹”。整個(gè)操作的總線(xiàn)狀態(tài)如下圖。


讀取RAM內的溫度數據。同樣，這個(gè)操作也要接照三個(gè)步驟。
1、主機發(fā)出復位操作并接收DS18B20的應答（存在）脈沖。
2、主機發(fā)出跳過(guò)對ROM操作的命令（CCH）。
3、主機發(fā)出讀取RAM的命令（BEH），隨后主機依次讀取DS18B20發(fā)出的從第0一第8，共九個(gè)字節的數據。如果只想讀取溫度數據，那在讀完第0和第1個(gè)數據后就不再理會(huì )后面DS18B20發(fā)出的數據即可。同樣讀取數據也是低位在前的。整個(gè)操作的總線(xiàn)狀態(tài)如下圖：




C語(yǔ)言代碼




sbit DQ=P3^3;
uchar t; //設置全局變量，專(zhuān)門(mén)用于延時(shí)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，為單片機檢測DS18B20的輸出電平做準備
for(t=0;t<3;t++);//延時(shí)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(shí)3us，兩個(gè)個(gè)讀時(shí)序間至少需要1us的恢復期??????????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(shí)約45us，DS18B20在15~60us對數據采樣 ???????????????for(t=0;t<10;t++);
DQ=1; //釋放數據線(xiàn)
for(t=0;t<1;t++); //延時(shí)3us，兩個(gè)寫(xiě)時(shí)序間至少需要1us的恢復期
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);
}