DS18B20 介绍

温度传感器具有如下特点

  • 适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V ，在寄生电源方式下可由数据线供电。
  • 独特的单线接口方式，DS18B20 在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。
  • DS18B20 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。
  • DS18B20 在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。
  • 温范围 －55℃～+125℃ ，在-10～+85℃时精度为±0.5℃
  • 可编程的分辨率为 9～12 位，对应的可分辨温度分别为 0.5℃、0.25℃、0.125℃ 和 0.0625℃，可实现高精度测温。
  • 在 9 位分辨率时最多在 93.75ms 内把温度转换为数字，12 位分辨率时最多在 750ms 内把温度值转换为数字，速度更快。
  • 测量结果直接输出数字温度信号，以"一根总线"串行传送给 CPU，同时可传送 CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。
  • 负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
[{"url":"https://image-1309791158.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/其他/202204022113943.jpg","alt":""},{"url":"https://image-1309791158.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/其他/202204022113359.jpg","alt":""},{"url":"https://image-1309791158.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/其他/202204022105596.png","alt":""}]

传感器的管脚顺序是从左到右排列。管脚 1 为 GND， 管脚 2 为数据DQ， 管脚 3 为 VDD。如果把传感器插反，那么电源将短路，传感器就会发烫，很容易损坏，所以一定要注意传感器方向，通常我们在开发板上都会标出传感器的凸起处，所以只需要把传感器凸起的方向对着开发板凸起方向插入即可

配置寄存器是配置不同的位数来确定温度和数字的转化，配置寄存器结构如下：

低五位一直都是"1"，TM 是测试模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式。在 DS18B20 出厂时该位被设置为 0，用户不需要去改动。 R1 和 R0 用来设置 DS18B20 的精度（分辨率），可设置为 9，10，11 或 12 位，对应的分辨率温度是 0.5℃，0.25℃，0.125℃和 0.0625℃。R0 和 R1 配置如下：

注意

在初始状态下默认的精度是 12 位，即 R0=1、R1=1;
高字节的前 5 位是符号位 S，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

如果测得的温度大于 0，这 5 位为‘ 0’，只要将 测到的数值乘以 0.0625（默认精度是 12 位）即可 得到实际温度；如果温度小于 0，<这 5 位为‘ 1’， 测到的数值需要取反加 1 再乘以 0.0625 即可 得到实际温度。

如何读取温度数据？

由于 DS18B20是单总线器件，所有的单总线器件都要求采用严格的 信号时序，以保证 数据的完整性。DS18B20 时序包括如下几种：初始化时序、写（0 和 1）时序、 读（0和 1）时序（DS18B20 发送所有的命令和数据都是字节的 低位在前 ）

初始化时序

//分析
● 首先实粗线是我们的单片机 IO 口拉低这个引脚，虚粗线是 DS18B20 拉低这个引脚，细线是单片机和 DS18B20 释放总线后，依靠上拉电阻的作用把 IO 口引脚拉上去，51单片机释放总线就是给 `高电平`
● 首先单片机要拉低这个引脚，持续大概 480us 到 960us 之间的时间即可，我们的程序中持续了 500us。然后，单片机释放总线，就是给高电平，DS18B20 等待大概 15 到 60us 后，会主动拉低这个引脚大概是 60 到 240us(就是说不需要我们编程拉低自动拉的)，而后 DS18B20 会主动释放总线，这样 IO 口会被上拉电阻自动拉高

相关寄存器

  • ROM 操作指令；Skip ROM（跳过 ROM）：0xCC。当总线上只有一个器件的时候，可以跳过 ROM，不进行 ROM 检测
  • Read Scratchpad（读暂存寄存器）：0xBE ，DS18B20 的温度数据是 2 个字节，我们读取数据的时候，先读取到的是低字节的低位，读完了第一个字节后，再读高字节的低位，直到两个字节全部读取完毕
  • Convert Temperature（启动温度转换）：0x44；当我们发送一个启动温度转换的指令后，DS18B20 开始进行转换。从转换开始到获取温度，DS18B20 是需要时间的，而这个时间长短取决于 DS18B20 的精度

写时序

写时序包括写 0 时序和写 1 时序。所有写时序至少需要 60us，且在 2 次独立的写时序之间 至少需要 1us 的恢复时间，两种写时序均起始于主机拉低总线。写 1 时序： 主机输出低电平，延时 2us，然后释放总线，延时 60us。写 0时序： 主机输出低电平，延时 60us，然后释放总线，延时 2us。

读时序

所有读时序 至少需要 60us，且在 2 次独立的读时序之间 至少需要 1us 的恢复时间。每个读时序都由主机发起，至少拉低总线 1us。主机在读时序期间必须释放总线， 并且在时序起始后的 15us 之内采样总线状态。

典型的读时序过程为： 主机输出低电平延时 2us，然后主机转入输入模式延时 12us，然后读取单总线当前的电平，然后延时 50us

DS18B20 的典型温度读取过程

复位 → 发 SKIP ROM 命令（0XCC） → 发开始转换命令（0X44） → 延时 → 复位 → 发送 SKIP ROM 命令（0XCC） → 发读存储器命令（0XBE） → 连续读出两个字节数据(即温度) → 结束。

软件编程

main.c

/*
实验名称：DS18B20温度传感器实验
接线说明：	
实验现象：下载程序后，插上DS18B20温度传感器，数码管显示检测的温度值
注意事项：注意温度传感器的方向，在接口处我们已经用丝印画了一个凸起，
		  所以只需要将温度传感器对应插入即可																				  
*/
# include "public.h"
# include "smg.h"
# include "ds18b20.h"


/*******************************************************************************
* 函 数 名       : main
* 函数功能		 : 主函数
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void main()
{	
	u8 i=0;
   	int temp_value;
	u8 temp_buf[5];

	ds18b20_init();//初始化DS18B20

	while(1)
	{				
		i++;
		if(i%50==0)//间隔一段时间读取温度值，间隔时间要大于温度传感器转换温度时间
			temp_value=ds18b20_read_temperture()*10;//保留温度值小数后一位
		if(temp_value<0)//负温度
		{
			temp_value=-temp_value;
			temp_buf[0]=0x40;//显示负号	
		}
		else
			temp_buf[0]=0x00;//不显示
		temp_buf[1]=gsmg_code[temp_value/1000];//百位
		temp_buf[2]=gsmg_code[temp_value%1000/100];//十位
		temp_buf[3]=gsmg_code[temp_value%1000%100/10]|0x80;//个位+小数点
		temp_buf[4]=gsmg_code[temp_value%1000%100%10];//小数点后一位
		smg_display(temp_buf,4);
	}		
}

public.h

# ifndef _public_H
# define _public_H

# include "reg52.h"

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16; 

void delay_10us(u16 ten_us);
void delay_ms(u16 ms);

# endif

public.c

# include "public.h"


void delay_10us(u16 ten_us)//当传入 Ten_us=1时，大约延时10us
{
	while(ten_us--);
}

void delay_ms(u16 ms)
{
	u16 i,j;
	for(i=ms;i>0;i--)
	{
		for(j=110;j>0;j--);
	}
}

ds18b20.h

# ifndef _ds18b20_H
# define _ds18b20_H

# include "public.h"
sbit DS18B20_PORT=P3^7;

void ds18b20_reset();
u8 ds18b20_check();
u8 ds18b20_init();
void ds18b20_write_byte(u8 dat);
u8 ds18b20_read_bit();
u8 ds18b20_read_byte();
void ds18b20_start();
float ds18b20_read_temperture();

# endif

ds18b20.c

# include "ds18b20.h"
# include "intrins.h"

/**************初始化时序*****************/
void ds18b20_reset()
{
	DS18B20_PORT=0;//拉低总线
	delay_10us(75);//延时480~960 us
	DS18B20_PORT=1;//拉高总线
	delay_10us(2);//延时15～60 us
}

u8 ds18b20_check()
{
	u8 time_temp=0;
	while(DS18B20_PORT&&time_temp<20)//等待 DQ 为低电平
	{
		time_temp++;
		delay_10us(1);
	}
	if(time_temp>=20)
		return 1;//如果超时则强制返回 1
	else
		time_temp=0;
	while((!DS18B20_PORT)&&time_temp<20)//等待 DQ 为高电平
	{
		time_temp++;
		delay_10us(1);
	}
	if(time_temp>=20)
		return 1;//如果超时则强制返回 1
	
	return 0;//如果上面都没执行表示都检测到返回0
}
/********************************************************************
***********
* 函 数 名 : ds18b20
_init
* 函数功能 : 初始化 DS18B20 的 IO 口 DQ 同时检测 DS 的存在
* 输 入 : 无
* 输 出 : 1:不存在，0:存在
*********************************************************************
**********/
u8 ds18b20_init()
{
	ds18b20_reset();
	return ds18b20_check();
}

/***************写时序****************/
void ds18b20_write_byte(u8 dat)
{
	u8 i=0;
	u8 temp=0;
	for(i=0;i<8;i++)//循环8次，每次写一位，且先写低位再写高位
	{
		temp=dat&0x01;//通过&得到最低位
		dat>>=1;//将次高位移到低位
		if(temp)
		{
			DS18B20_PORT=0;
			_nop_();	_nop_();//一个代表1us
			DS18B20_PORT=1;
			delay_10us(6);
		}
		else
		{
			DS18B20_PORT=0;
			delay_10us(6);
			DS18B20_PORT=1;
			_nop_();	_nop_();//一个代表1us
		}
	}
}

u8 ds18b20_read_bit()
{
	u8 dat =0;
	DS18B20_PORT=0;
	_nop_();	_nop_();
	DS18B20_PORT=1;	
	_nop_();_nop_(); //该段时间不能过长，必须在15us内读取数据
	if(DS18B20_PORT)
		dat=1;
	else
		dat=0;
	delay_10us(5);
	return dat;
}

u8 ds18b20_read_byte()
{
	u8 i=0;
	u8 temp=0;
	u8 dat=0;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		temp=ds18b20_read_bit();
		dat>>=1;//先右移一位
		dat|=(temp<<7);//记得|上不然下次就为0了
	}
	return dat;
}

void ds18b20_start()
{
	ds18b20_reset();//复位
	ds18b20_check();//检查 DS18B20
	ds18b20_write_byte(0xcc);//SKIP ROM
	ds18b20_write_byte(0x44);//转换命令
}

float ds18b20_read_temperture()
{
	u8 dath=0;//读取高字节
	u8 datl=0;//读取低字节
	u16 value=0;
	float temp;
	
	ds18b20_start();//开始转换
	ds18b20_reset();//复位
	ds18b20_check();//检查 DS18B20
	ds18b20_write_byte(0xCC);//SKIP ROM
	ds18b20_write_byte(0xBE);//读存储器
	datl=ds18b20_read_byte();//低字节
	dath=ds18b20_read_byte();//高字节
	value=(dath<<8)+datl;//合并为 16 位数据
	
	if((value&0xf800)==0xf800)//0xf800==1111 1000 判断符号位，负温度
	{
		value=(~value)+1;//取反再加1
		temp=value*(-0.0625);//乘以精度
	}
	else//正温度
	{
		temp=value*0.0625;
	}
	return temp;
	
}

smg.h

# ifndef _smg_H
# define _smg_H

# include "public.h"

sbit A0=P2^2;
sbit A1=P2^3;
sbit A2=P2^4;
# define SMG_A0_F_PORT P0//宏定义数码管P0端口
extern u8 gsmg_code[17];  //注意要加extern 

void smg_display(u8 dat[],u8 pos);
# endif

smg.c

# include "smg.h"


u8 gsmg_code[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,
				0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
void smg_display(u8 dat[],u8 pos)
{
	u8 i=0;
	u8 pos_temp=pos-1;
	
	for(i=pos_temp;i<8;i++)
	{
		switch(i)
		{
				case 0:A0=1;A1=1;A2=1;break;//Y7//板子从左边数第一个数码管，下面以此类推
				case 1:A0=0;A1=1;A2=1;break;//Y6
				case 2:A0=1;A1=0;A2=1;break;//Y5
				case 3:A0=0;A1=0;A2=1;break;//Y4
				case 4:A0=1;A1=1;A2=0;break;//Y3
				case 5:A0=0;A1=1;A2=0;break;//Y2
				case 6:A0=1;A1=0;A2=0;break;//Y1
				case 7:A0=0;A1=0;A2=0;break;//Y0
		}
			SMG_A0_F_PORT=dat[i-pos_temp];//传送段选数据
			delay_10us(100);//延时1毫秒左右
			SMG_A0_F_PORT=0x00;//消影
	}
}