DS18B20原理與應(yīng)用

DS18B20的特點(diǎn):

DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器，即“一線器件”，其具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：

( 1 )采用單總線的接口方式 與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)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(chǎng)溫度測(cè)量，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。

( 2 )測(cè)量溫度范圍寬，測(cè)量精度高 DS18B20 的測(cè)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(diǎn)組網(wǎng)功能 多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的單線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。

( 5 )供電方式靈活 DS18B20 可以通過(guò)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(shí)序滿足一定的要求時(shí)，可以不接外部電源，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。

( 6 )測(cè)量參數(shù)可配置 DS18B20 的測(cè)量分辨率可通過(guò)程序設(shè)定 9~12 位。

( 7 ) 負(fù)壓特性電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)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(bào)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(cè)溫系統(tǒng)，因此也就被設(shè)計(jì)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(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。ROM中的64位序列號(hào)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(gè)DS18B20的64位序列號(hào)均不相同。64位ROM的排的循環(huán)冗余校驗(yàn)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(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。

DS18B20管腳排列：

1. GND為電源地;

2. DQ為數(shù)字信號(hào)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(shí)接地)

DS18B20內(nèi)部構(gòu)成：

高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)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(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制;當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)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(jì)數(shù)剩余值 6

每度計(jì)數(shù)值 7

CRC 校驗(yàn) 8

DS18B20中的溫度傳感器完成對(duì)溫度的測(cè)量，用16位二進(jìn)制形式提供，形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。

例如：

+125℃的數(shù)字輸出07D0H

(正溫度直接把16進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)成10進(jìn)制即得到溫度值 )

-55℃的數(shù)字輸出為 FC90H。

(負(fù)溫度把得到的16進(jìn)制數(shù)取反后加1 再轉(zhuǎn)成10進(jìn)制數(shù))

DS18B20的工作時(shí)序：

初始化時(shí)序

主機(jī)首先發(fā)出一個(gè)480-960微秒的低電平脈沖，然后釋放總線變?yōu)楦唠娖?，并在隨后的480微秒時(shí)間內(nèi)對(duì)總線進(jìn)行檢測(cè)，如果有低電平出現(xiàn)說(shuō)明總線上有器件已做出應(yīng)答。若無(wú)低電平出現(xiàn)一直都是高電平說(shuō)明總線上無(wú)器件應(yīng)答。

做為從器件的DS18B20在一上電后就一直在檢測(cè)總線上是否有480-960微秒的低電平出現(xiàn)，如果有，在總線轉(zhuǎn)為高電平后等待15-60微秒后將總線電平拉低60-240微秒做出響應(yīng)存在脈沖，告訴主機(jī)本器件已做好準(zhǔn)備。若沒(méi)有檢測(cè)到就一直在檢測(cè)等待。

寫操作

寫周期最少為60微秒，最長(zhǎng)不超過(guò)120微秒。寫周期一開始做為主機(jī)先把總線拉低1微秒表示寫周期開始。隨后若主機(jī)想寫0，則繼續(xù)拉低電平最少60微秒直至寫周期結(jié)束，然后釋放總線為高電平。若主機(jī)想寫1，在一開始拉低總線電平1微秒后就釋放總線為高電平，一直到寫周期結(jié)束。而做為從機(jī)的DS18B20則在檢測(cè)到總線被拉底后等待15微秒然后從15us到45us開始對(duì)總線采樣，在采樣期內(nèi)總線為高電平則為1，若采樣期內(nèi)總線為低電平則為0。

讀操作

對(duì)于讀數(shù)據(jù)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(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(cè)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(shí)間內(nèi)完成對(duì)總線進(jìn)行采樣檢測(cè)，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(gè)讀時(shí)序過(guò)程，至少需要60us才能完成

DS18B20 單線通信：

DS18B20 單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)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(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì) 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(guò)以下 3個(gè)步驟 ：

(1)每次讀寫前對(duì) 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(hào)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(hào)后表示復(fù)位成功。

(2)發(fā)送一條 ROM 指令

(3)發(fā)送存儲(chǔ)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(gè)復(fù)位操作，

2、主機(jī)再寫跳過(guò)ROM的操作(CCH)命令，

3、然后主機(jī)接著寫個(gè)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(gè)命令字節(jié)在寫的時(shí)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(shí)要從低位開始寫，寫的順序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹”。整個(gè)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(gè)操作也要接照三個(gè)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(guò)對(duì)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(gè)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(gè)數(shù)據(jù)后就不再理會(huì)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(gè)操作的總線狀態(tài)如下圖：

C語(yǔ)言代碼

sbit DQ=P3^3;

uchar t; //設(shè)置全局變量，專門用于延時(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(jī)檢測(cè)DS18B20的輸出電平做準(zhǔn)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(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(shí)約45us，DS18B20在15~60us對(duì)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(shí)3us，兩個(gè)寫時(shí)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);

}