DS18B20温度传感器

# DS18B20温度传感器

# 一、DS18B20

DS18B20是一种常见的数字温度传感器，其控制命令和数据都是以数字信号的方式输入输出，相比较于模拟温度传感器，具有功能强大、硬件简单、易扩展、抗干扰性强等特点
测温范围：-55°C 到 +125°C
通信接口：1-Wire（单总线）
其它特征：可形成总线结构、内置温度报警功能、可寄生供电

# 1、引脚及其电路

引脚	功能
VDD	电源（3.0V ~ 5.5V）
GND	电源地
DQ	单总线接口

下图为普中A2开发板的原理图

DS18B20

# 2、内部结构框架图

64-BIT ROM：作为器件地址，用于总线通信的寻址
SCRATCHPAD（暂存器）：用于总线的数据交互
EEPROM：用于保存温度触发阈值和配置参数

左边是上拉电阻 (opens new window)，下方是有电源时走的线路，上方是DQ单总线走的线路。先通过一个ROM寻址，相当于大门的功能，然后是内存控制，相当于管家，再到RAM关联的设备，这大概就是内部的结构，在图中都有说明。

# 3、储存器结构

# 二、单总线

# 1、单总线介绍

单总线（1-Wire BUS）是由Dallas公司开发的一种通用数据总线
一根通信线：DQ
异步、半双工
单总线只需要一根通信线即可实现数据的双向传输，当采用寄生供电时，还可以省去设备的VDD线路，此时，供电加通信只需要DQ和GND两根线

# 2、电路规范

设备的DQ均要配置成开漏输出模式
DQ添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右
若此总线的从机采取寄生供电，则主机还应配一个强上拉输出电路

电源供电：

寄生供电：

# 三、时序结构

# 1、初始化

初始化：主机将总线拉低至少480us，然后释放总线，等待15-60us后，存在的从机会拉低总线60~240us以响应主机，之后从机将释放总线

/**
  * @brief  单总线初始化
  * @param  无
  * @retval 从机响应位，0为响应，1为未响应
  */

unsigned char OneWire_Init(void)
{
	unsigned char i;
	unsigned char AckBit;
	OneWire_DQ=1;  //初始化为1，保证能让主机将总线拉低
	OneWire_DQ=0;  //主机拉低总线
	i = 227;while (--i);  //延时500us
	OneWire_DQ=1;   //主机释放总线
	i = 29;while (--i);   //延时70us（释放总线需要时间，延时给予释放时间，同时释放完从机会拉低总线60~240us来响应从机）
	AckBit = OneWire_DQ;  //如果从机成功响应，那就会拉低，即AckBit=0
	i = 227;while (--i);  //延时500us

	return AckBit;
}

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# 2、发送一位(Bit)

发送一位：主机将总线拉低60—120us，然后释放总线，表示发送0；主机将总线拉低1~15us，然后释放总线，表示发送1。从机将在总线拉低30us后（典型值）读取电平，整个时间片应大于60us

/**
  * @brief  单总线发送一位
  * @param  Bit 要发送的位
  * @retval 无
  */
//发送相当于写入
void OneWire_SendBit(unsigned char Bit)
{
	unsigned char i;
	OneWire_DQ=0;
	//注意：11.0592，执行一个空函数需要5us
	i = 4; while (--i); //延时10us(因为文档里说延时1~15us，所以我们取了个中间值10us)
	OneWire_DQ=Bit;  //我们把数据发送到总线,如果为0，则持续拉低，如果为1，表示释放
	i = 22;while (--i);  //延时50us（因为发送一位整个的时间片必须大于60us）
	//从机将在总线拉低30us后（典型值）读取电平，
	OneWire_DQ=1;  //无论之前发送过来的是1还是0，我们都将总线释放
}

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# 3、接收一位（Bit）

接收一位：主机将总线拉低1~15us，然后释放总线，并在拉低后15us内读取总线电平（尽量贴近15us的末尾），读取为低电平则为接收0，读取为高电平则为接收1 ，整个时间片应大于60us

/**
  * @brief  单总线接收一位
  * @param  无
  * @retval 读取的位
  */
//接收相当于读取
unsigned char OneWire_ReceiveBit(void)
{
	unsigned char i;
	unsigned char Bit;
	OneWire_DQ=0;
	i = 2; while (--i); //延时5us
	OneWire_DQ=1;  //主机释放总线，此时从机控制
	i = 2; while (--i); //延时5us
	Bit=OneWire_DQ;//如果从机之前读取的数据为0，则总线不会被释放，而是保持0（被从机拉低），为1，则总线释放
	i = 22;while (--i); //延时50us
	
	return Bit;
}

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注：有些同学可能觉得读和写如此相似，单片机怎么去区分是读还是写呢？其实单片机默认为写入，相当于课堂上默认老师先说话一样，然后给出相应的指令，才能读取，相当于老师让我们回答问题之后，学生才能说话一样。

# 4、接收和发送一个字节

发送一个字节：连续调用8次发送一位的时序，依次发送一个字节的8位（低位在前）

接收一个字节：连续调用8次接收一位的时序，依次接收一个字节的8位（低位在前）

/**
  * @brief  单总线发送一个字节
  * @param  Byte 要发送的字节
  * @retval 无
  */
void OneWire_SendByte(unsigned char Byte)	
{
	unsigned char i;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		OneWire_SendBit(Byte&(0x01<<i));
	}
}


/**
  * @brief  单总线接收一个字节
  * @param  无
  * @retval 接收的一个字节
  */
unsigned char OneWire_ReceiveByte(void)
{
	unsigned char i;
	unsigned char Byte=0x00;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		if(OneWire_ReceiveBit()){Byte|=(0x01<<i);}
	}

	return Byte;
}

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# 四、操作流程

初始化：从机复位，主机判断从机是否响应
ROM操作：ROM指令+本指令需要的读写操作
功能操作：功能指令+本指令需要的读写操作

# 五、数据帧及温度存储格式

DS18B20.c

#include <REGX52.H>
#include "OneWire.h"

#define DS18B20_SKIP_ROM  0xCC
#define	DS18B20_CONVERT_T  0x44
#define DS18B20_READ_SCRATCHPAD  0xBE


/**
  * @brief  DS18B20开始温度变换
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void DS18B20_ConvertT(void)
{
	OneWire_Init();
	OneWire_SendByte(DS18B20_SKIP_ROM);
	OneWire_SendByte(DS18B20_CONVERT_T);
}

/**
  * @brief  DS18B20读取温度
  * @param  无
  * @retval 温度数值
  */
float DS18B20_ReadT(void)
{
	unsigned char TLSB,TMSB;
	int Temp;
	float T;
	OneWire_Init();
	OneWire_SendByte(DS18B20_SKIP_ROM);
	OneWire_SendByte(DS18B20_READ_SCRATCHPAD);
	TLSB=OneWire_ReceiveByte();
	TMSB=OneWire_ReceiveByte();
	Temp=(TMSB<<8)|TLSB; 
	T=Temp/16.0;  //因为TLSB最低位是从2^-4开始，所以需要除以16

	return T;
}

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温度存储格式

以补码的形式存储，便于计算机进行计算。计算转换的过程如下所示：

# 六、DS18B20温度读取代码

// OneWire.c
#include <REGX52.H>
 
//DQ引脚定义
sbit OneWire_DQ=P3^7;
 
/**
  * @brief  单总线初始化
  * @param  无
  * @retval 从机响应位，0为响应，1为未响应
  */
unsigned char OneWire_Init(void)
{
	unsigned char i;
	unsigned char AckBit;
	OneWire_DQ=1;
	OneWire_DQ=0;
	i = 227;while (--i);		//@11.0592MHz Delay 500us
	OneWire_DQ=1; //释放
	i = 34;while (--i);			//Delay 80us
	AckBit=OneWire_DQ;		// 应答
	i = 227;while (--i);		//Delay 500us
	return AckBit;
}
 
/**
  * @brief  单总线发送一位
  * @param  Bit 要发送的位
  * @retval 无
  */
void OneWire_SendBit(unsigned char Bit)
{
	unsigned char i;
	OneWire_DQ=0;
	i = 3;while (--i);			//Delay 10us
	OneWire_DQ=Bit;
	i = 22;while (--i);			//Delay 50us
	OneWire_DQ=1;
}
 
/**
  * @brief  单总线接收一位
  * @param  无
  * @retval 读取的位
  */
unsigned char OneWire_ReceiveBit(void)
{
	unsigned char i;
	unsigned char Bit;
	OneWire_DQ=0;
	i = 2;while (--i);			//Delay 6us
	OneWire_DQ=1;
	i = 2;while (--i);			//Delay 6us
	Bit=OneWire_DQ;
	i = 22;while (--i);			//Delay 50us
	return Bit;
}
 
/**
  * @brief  单总线发送一个字节
  * @param  Byte 要发送的字节
  * @retval 无
  */
void OneWire_SendByte(unsigned char Byte)
{
	unsigned char i;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		OneWire_SendBit(Byte&(0x01<<i));
	}
}
 
/**
  * @brief  单总线接收一个字节
  * @param  无
  * @retval 接收的一个字节
  */
unsigned char OneWire_ReceiveByte(void)
{
	unsigned char i;
	unsigned char Byte=0x00;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		if(OneWire_ReceiveBit()){Byte|=(0x01<<i);}
	}
	return Byte;
}

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// DS18B20.c
#include <REGX52.H>
#include "OneWire.h"
 
//DS18B20指令
#define DS18B20_SKIP_ROM			0xCC
#define DS18B20_CONVERT_T			0x44
#define DS18B20_READ_SCRATCHPAD 	0xBE
 
/**
  * @brief  DS18B20开始温度变换
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void DS18B20_ConvertT(void)
{
	OneWire_Init();
	OneWire_SendByte(DS18B20_SKIP_ROM);
	OneWire_SendByte(DS18B20_CONVERT_T);
}
 
/**
  * @brief  DS18B20读取温度
  * @param  无
  * @retval 温度数值
  */
float DS18B20_ReadT(void)
{
	unsigned char TLSB,TMSB;
	int Temp;
	float T;
	OneWire_Init();
	OneWire_SendByte(DS18B20_SKIP_ROM);
	OneWire_SendByte(DS18B20_READ_SCRATCHPAD);
	TLSB=OneWire_ReceiveByte();
	TMSB=OneWire_ReceiveByte();
	Temp=(TMSB<<8)|TLSB;
	T=Temp/16.0; 	// 右移4位，取小数
	return T;
}

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// main.c
#include <REGX52.H>
#include "LCD1602.h"
#include "DS18B20.h"
#include "Delay.h"
 
float T;
 
void main()
{
	DS18B20_ConvertT();		//上电先转换一次温度，防止第一次读数据错误
	Delay(1000);			//等待转换完成
	LCD_Init();
	LCD_ShowString(1,1,"Temperature:");
	while(1)
	{
		DS18B20_ConvertT();	//转换温度
		T=DS18B20_ReadT();	//读取温度
		if(T<0)				
		{
			LCD_ShowChar(2,1,'-');	//显示负号
			T=-T;			//将温度变为正数
		}
		else				
		{
			LCD_ShowChar(2,1,'+');	//显示正号
		}
		LCD_ShowNum(2,2,T,3);		//显示温度整数部分
		LCD_ShowChar(2,5,'.');		
		LCD_ShowNum(2,6,(unsigned long)(T*10000)%10000,4);//显示温度小数部分
	}
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上次更新: 2023/09/13, 12:29:52

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