DS18B20溫度傳感器時(shí)序圖解析（STM32）

網(wǎng)上DS18B20的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)代碼一大堆，簡簡單單的就能夠移植成功，獲得溫度值，但是為什么代碼這么寫？為什么要延時(shí)那么長的時(shí)間？不對照手冊仔細(xì)分析時(shí)序圖，還真是不明白為什么。

下面我們就來詳細(xì)剖析一下DS18B20的驅(qū)動(dòng)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。

DS18B20 簡介

DS18B20數(shù)字溫度傳感器是美國DALLAS公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器。其測溫范圍為-55℃~+125℃（-67℉~+257℉），64位只讀存儲(chǔ)器的片序列號(hào)。從而允許多只DS18B20同時(shí)并聯(lián)在一根單線總線上；

華氏度和攝氏度換算關(guān)系：

（華氏度－32）×5÷9=攝氏度

DS18B20可以用一個(gè)微控制器的GPIO引腳去控制。器件內(nèi)部高速暫存器區(qū)含有兩個(gè)字節(jié)的溫度寄存器，用來存儲(chǔ)溫度傳感器輸出的數(shù)據(jù)。

此外，高速暫存器區(qū)還有上下溫度報(bào)警寄存器（TH和TL），和一個(gè)字節(jié)的配置寄存器。

配置寄存器允許用戶將溫度的精度設(shè)置為9~12位對應(yīng)的分辨率為0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃。上電默認(rèn)為12位轉(zhuǎn)換精度。

• DS18B20存儲(chǔ)器圖

實(shí)際使用中，當(dāng)只是為了測溫，只需用到字節(jié)1，字節(jié)2和字節(jié)5。應(yīng)用環(huán)境中如果沒有強(qiáng)干擾，不是十分嚴(yán)格的話，不做校驗(yàn)也可以。

其中，暫存寄存器中的字節(jié)5包含著配置寄存器，配置寄存器內(nèi)容如下圖所示：

用戶通過改變上表中R0和R1的值來配置DS18B20的分辨率。上電默認(rèn)為R0=1及R1=1（12位分辨率）。

• 溫度/數(shù)據(jù)對應(yīng)表：

溫度轉(zhuǎn)換后，溫度轉(zhuǎn)換的值將會(huì)保存在暫存存儲(chǔ)器的溫度寄存器中，并且DS18B20將會(huì)恢復(fù)到閑置狀態(tài)。

TH，TL和配置寄存器是EEPROM，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在器件掉電時(shí)不會(huì)消失。

DS18B20的另一個(gè)功能是可以在沒有外部電源供電的情況下工作。當(dāng)總線處于高電平狀態(tài)，DQ與上拉電阻連接通過單總線對器件供電。

同時(shí)處于高電平狀態(tài)的總線信號(hào)對內(nèi)部電容（Cpp）充電，在總線處于低電平狀態(tài)時(shí)，該電容提供能量給器件。

這種提供能量的形式被稱為“寄生電源”；

寄生電源模式時(shí)，VDD引腳必須接地。

• “寄生電源”供電方式

• 外部電源供電方式

原理圖

外觀及封裝

• TO-92封裝

• 防水型不銹鋼封裝

采用導(dǎo)熱性高的密封膠灌封，保證了溫度傳感器的高靈敏性，極小的溫度延遲。

芯片每個(gè)引腳均用熱縮管隔開，防止短路，內(nèi)部封膠，防水防潮。

引腳說明
紅線：VCC
綠線：GND
黃線：DQ，傳感器數(shù)據(jù)總線

驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

INITIALIZATION TIMING

在初始化序列期間，總線控制器拉低總線并保持至少480us以發(fā)送一個(gè)復(fù)位脈沖，返回釋放總線，進(jìn)入接收狀態(tài)（等待DS18B20應(yīng)答）。

總線釋放后，單總線由上拉電阻拉到高電平。

當(dāng)DS18B20探測到I/O引腳上的上升沿后，等待15-60us，然后其以拉低總線60-240us的方式發(fā)出存在脈沖。至此，初始化時(shí)序完畢。

所以，初始化成功的標(biāo)志就是能否讀到DS18B20這個(gè)先低后高的脈沖時(shí)序，并且拉低的時(shí)間要滿足60-240us。

復(fù)位DS18B20的代碼如下：

//復(fù)位DS18B20void DS18B20_Rst(void) {  DS18B20_IO_OUT(); //總線設(shè)置為輸出模式 DS18B20_DQ_OUT=0; //主機(jī)拉低總線 delay_us(750);  DS18B20_DQ_OUT=1; //釋放總線，產(chǎn)生的上升沿能被DS18B20檢測到 delay_us(15); //延時(shí)15us之后，等待DS18B20發(fā)送的低電平信號(hào)到達(dá)。}
//等待DS18B20的回應(yīng)//返回1:未檢測到DS18B20的存在//返回0:存在u8 DS18B20_Check(void) {  u8 retry=0; DS18B20_IO_IN(); //總線設(shè)置為輸入模式   while (DS18B20_DQ_IN&&retry<200) //等待拉低總線60-240us的低電平 { retry++; delay_us(1); }; 
 if(retry>=200)return 1; else retry=0;  while (!DS18B20_DQ_IN&&retry<240) { retry++; delay_us(1); }; if(retry>=240) return 1; 
 return 0;}

READ/WRITE TIME SLOT TIMING DIAGRAM

DS18B20的寫時(shí)序（見下圖）：

主機(jī)在寫時(shí)隙向DS18B20寫入數(shù)據(jù)，其中分為寫”0”時(shí)隙，和寫”1”時(shí)隙。總線主機(jī)使用寫“1”時(shí)間隙向DS18B20寫入邏輯1，使用寫“0”時(shí)間隙向DS18B20寫入邏輯0。

所有的寫時(shí)隙必須有最少60us的持續(xù)時(shí)間，相鄰兩個(gè)寫時(shí)隙必須要有最少1us的恢復(fù)時(shí)間。兩種寫時(shí)隙都通過主機(jī)拉低總線產(chǎn)生（見下圖）。

為了產(chǎn)生寫1時(shí)隙，在拉低總線后主機(jī)必須在15μs內(nèi)釋放總線。在總線被釋放后，由于上拉電阻將總線恢復(fù)為高電平。

為了產(chǎn)生寫”0”時(shí)隙，在拉低總線后主機(jī)必須繼續(xù)拉低總線以滿足時(shí)隙持續(xù)時(shí)間的要求(至少60μs)。

在主機(jī)產(chǎn)生寫時(shí)隙后，DS18B20會(huì)在其后的15~60us的一個(gè)時(shí)間段內(nèi)采樣單總線（DQ）。在采樣的時(shí)間窗口內(nèi)，如果總線為高電平，主機(jī)會(huì)向DS18B20寫入1；如果總線為低電平，主機(jī)會(huì)向DS18B20寫入0。

綜上所述，所有的寫時(shí)隙必須至少有60us的持續(xù)時(shí)間。相鄰兩個(gè)寫時(shí)隙必須要有最少1us的恢復(fù)時(shí)間。所有的寫時(shí)隙（寫0和寫1）都由拉低總線產(chǎn)生。

//寫一個(gè)字節(jié)到DS18B20//dat：要寫入的字節(jié)void DS18B20_Write_Byte(u8 dat) {  u8 j; u8 testb;  DS18B20_IO_OUT(); //設(shè)置DQ為輸出模式 for (j=1;j<=8;j++)  { testb=dat&0x01; dat=dat>>1; if (testb)  { DS18B20_DQ_OUT=0;// Write 1 delay_us(2);  DS18B20_DQ_OUT=1; delay_us(60);  } else  { DS18B20_DQ_OUT=0;// Write 0 delay_us(60); // 等待DS18B20來采集信號(hào)  DS18B20_DQ_OUT=1; delay_us(2);  } }}

DS18B20的讀時(shí)序（見下圖）：

主機(jī)發(fā)起讀時(shí)序時(shí)，DS18B20僅被用來傳輸數(shù)據(jù)給控制器。因此，總線控制器在發(fā)出讀指令后必須立刻開始讀時(shí)序。

所有讀時(shí)序必須最少60us，包括兩個(gè)讀周期間至少1us的恢復(fù)時(shí)間。

當(dāng)總線控制器把數(shù)據(jù)線從高電平拉到低電平時(shí)，讀時(shí)序開始，數(shù)據(jù)線必須至少保持1us，然后總線被釋放。

DS18B20 通過拉高或拉低總線來傳輸”1”或”0”。

當(dāng)傳輸邏輯”0”結(jié)束后，總線將被釋放，通過上拉電阻回到上升沿狀態(tài)。

從DS18B20輸出的數(shù)據(jù)在讀時(shí)序的下降沿出現(xiàn)后15us 內(nèi)有效。因此，總線控制器在讀時(shí)序開始后必須把I/O口設(shè)置為輸入模式，以讀取I/O口狀態(tài)。

陰影部分為DS18B20釋放總線的時(shí)刻，總線為空閑狀態(tài)。

//從DS18B20讀取一個(gè)位//返回值：1/0u8 DS18B20_Read_Bit(void) // read one bit{ u8 data; DS18B20_IO_OUT(); //設(shè)置總線為輸出模式 DS18B20_DQ_OUT=0;  delay_us(2); //拉低最少1us DS18B20_DQ_OUT=1; //拉低再升高，產(chǎn)生讀時(shí)序 DS18B20_IO_IN(); //設(shè)置總線為輸入模式 delay_us(12); if(DS18B20_DQ_IN)data=1; else data=0;  delay_us(50);  return data;}
//從DS18B20讀取一個(gè)字節(jié)//返回值：讀到的數(shù)據(jù)u8 DS18B20_Read_Byte(void) // read one byte{  u8 i,j,dat; dat=0; for (i=1;i<=8;i++)  { j=DS18B20_Read_Bit(); dat=(j<<7)|(dat>>1); }  return dat;}

• DS18B20的功能命令

• 獲取溫度值

要獲取溫度值，我們需要發(fā)送上面功能命令0x44，然后發(fā)送讀取暫存寄存器命令0xBE，然后我們只需要獲得暫存器中的9個(gè)字節(jié)的前兩個(gè)字節(jié)即可。

要獲得DS18B20的溫度值，需要按照下表中的順序依次發(fā)送功能命令。

獲取溫度的具體代碼實(shí)現(xiàn)如下：

//開始溫度轉(zhuǎn)換void DS18B20_Start(void)// ds18b20 start convert{  DS18B20_Rst();  DS18B20_Check();  DS18B20_Write_Byte(0xcc);// skip rom DS18B20_Write_Byte(0x44);// convert}
//從ds18b20得到溫度值//精度：0.1C//返回值：溫度值 （-550~1250） short DS18B20_Get_Temp(void){ u8 temp; u8 TL,TH; short tem; DS18B20_Start (); // ds18b20 start convert DS18B20_Rst(); DS18B20_Check();  DS18B20_Write_Byte(0xcc);// skip rom DS18B20_Write_Byte(0xbe);// convert  TL=DS18B20_Read_Byte(); // LSB  TH=DS18B20_Read_Byte(); // MSB   if(TH>7) { TH=~TH; TL=~TL;  temp=0;//溫度為負(fù)  }else temp=1;//溫度為正  tem=TH; //獲得高八位 tem<<=8;  tem+=TL;//獲得底八位 tem=(float)tem*0.625;//轉(zhuǎn)換  if(temp)return tem; //返回溫度值 else return -tem; }

跳過ROM序列號(hào)檢測命令（0xCCH），對于單片DS18B20在線的系統(tǒng)，該命令允許主機(jī)跳過ROM序列號(hào)檢測而直接對寄存器操作，從而節(jié)省時(shí)間，對于多片DS18B20在線系統(tǒng)，該命令將引起數(shù)據(jù)沖突。

如果主機(jī)只是對一個(gè)DS18B20進(jìn)行操作，進(jìn)而不需要讀取ROM編碼了，只要發(fā)送跳過ROM（0xCCH）命令，就可以進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換和讀取操作了。

• 獲取DS18B20內(nèi)部ID序列號(hào)

因?yàn)樵蹅兛偩€上只有一個(gè)DS18B20設(shè)備，所以直接發(fā)送0x33指令即可READ ROM。

DS18B20中有一個(gè)64位光刻ROM，按說明書說法，開始（最低）8位是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，對于DS18B20來說都是（28H），接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。

光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。

讀取ROM方法：先復(fù)位DS18B20，成功后執(zhí)行讀取ROM命令（33H），然后將這64位以8個(gè)字節(jié)的方式存入數(shù)組。

獲取DS18B20內(nèi)部ID序列號(hào)的具體代碼實(shí)現(xiàn)如下：

DS18B20_Rst();DS18B20_Check();DS18B20_Write_Byte(0x33); for(i = 0; i < 8;i++){ arrDS18B20ID[i] = DS18B20_Read_Byte();} sprintf((char *)dtbuf,"DS18B20 ID is %02X %02X %02X %02X %02X %02X %02X %02X\r\n", arrDS18B20ID[0], arrDS18B20ID[1], arrDS18B20ID[2], arrDS18B20ID[3], arrDS18B20ID[4], arrDS18B20ID[5], arrDS18B20ID[6], arrDS18B20ID[7]);
printf((u8 *)dtbuf,strlen((char *)dtbuf));

我手里的兩個(gè)DS18B20得到的結(jié)果如下所示：

由上可以看出，首字節(jié)都是0x28，即產(chǎn)品類型都是一樣的。

至此，六月份的智能風(fēng)扇中的溫度傳感器模塊的已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了哈。

推薦閱讀：
STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)詳解
STM32F103 串口的使用方法
STM32中精確延時(shí)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)
DHT11及DHT21溫濕度傳感器時(shí)序圖解析（STM32）
基于STM32固件庫的MDK5工程建立
修改Keil工程名稱并添加其他模塊文件
基于單片機(jī)的智能風(fēng)扇的功能點(diǎn)及所需要的功能模塊【2020.06每月活動(dòng)】

資料下載

微信公眾號(hào)后臺(tái)回復(fù)“溫度傳感器”，可以下載工程源碼及DS18B20的手冊。