本文是關(guān)于溫度傳感器的相關(guān)內(nèi)容海渊。

一、 DS18B20數(shù)字溫度傳感器介紹

DS18B20是 DALLAS半導體公司推出的一種“一線總線（單總線）”接口的溫度傳感器星虹。與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比驱富，DS18B20是一種新型的、體積小猎拨、使用電壓寬膀藐、與微處理器接口簡單的數(shù)字化溫度傳感器屠阻。

1.1、 DS18B20溫度傳感器的特點

DS18B20溫度傳感器具有如下特點：

1额各、使用電壓范圍更寬国觉，電壓范圍：3.0V ~ 5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電虾啦。

2麻诀、獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊傲醉。

3蝇闭、DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上硬毕，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫呻引。

4、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件吐咳，全部傳感器元件及轉(zhuǎn)換電路集成在一只形如三極管的集成電路內(nèi)逻悠。

5、溫度范圍支持-55°C~+125°C韭脊，在-10 ~ +85°C時精度為±0.5°C童谒。

6、可編程的分辨率為9 ~ 12位沪羔，對應的可分辨溫度分別為0.5°C饥伊、0.25°C、0.125°C和0.0625°C蔫饰，可實現(xiàn)高精度測溫琅豆。

7、在9位分辨率時最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字死嗦，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字趋距，速度更快。

8越除、測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號节腐，以“一根總線”串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼摘盆，具有極強的抗干擾糾錯能力翼雀。

9、負壓特性：電源極性接反時孩擂，芯片不會因發(fā)熱而燒毀狼渊，但不能正常工作。

1.2、DA18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)

DS18B20外觀實物如下圖所示：

DS18B20外觀實物圖

從上圖中可以看出來狈邑，當正對傳感器切面(上圖中間)時圣絮，傳感器的管腳順序從左到右排列：管腳1為GND淑履，管腳2為數(shù)據(jù)DQ振峻，管腳3為VDD忍啸。如果傳感器插反，電源將短路蘸嘶，傳感器會發(fā)燙良瞧，容易損壞。

通常在開發(fā)板上會標出傳感器的凸起處训唱，所以只需要把傳感器凸起的方向?qū)χ_發(fā)板凸起方向插入即可褥蚯。

DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示：

DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)

• ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，可以看作是該DS18B20的地址序列號况增。64位光刻ROM的排列是：開始8位(28H)是產(chǎn)品類型標號赞庶，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼巡通。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同尘执，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20。當接多個DS18B20時宴凉，通過64位的序列號可以確定使用的是哪個溫度傳感器。

64位光刻ROM組成如下:

1.3表悬、 DS18B20的溫度轉(zhuǎn)換規(guī)則

DS18B20的核心功能是它可以直接讀出數(shù)字的溫度數(shù)值弥锄。

溫度傳感器的精度是用戶可編程功能的9、10蟆沫、11或12位籽暇，精度分別為0.5、0.25饭庞、0.125戒悠、0.0625，單位°C舟山。

上電狀態(tài)下默認精度是12位绸狐。

DS18B20啟動后保持低功耗等待狀態(tài)，當需要執(zhí)行溫度測量和AD轉(zhuǎn)換時累盗，總線控制器必須發(fā)出[44h]命令寒矿。轉(zhuǎn)換完以后，產(chǎn)生的溫度數(shù)據(jù)以兩個字節(jié)的形式被存儲到告訴暫存器的溫度寄存器中若债，DS18B20繼續(xù)保持等待狀態(tài)符相。讀取溫度寄存器中的數(shù)據(jù)，再根據(jù)精度就可以得到當前測得的溫度蠢琳。

1.4啊终、 DS18B20的ROM指令表

1.5、 DS18B20的RAM指令表

1.6、 計算溫度

DS19B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速的暫存器RAM和一個非易失性的可電擦除的EEPROM绩脆，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH萤厅、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。

配置寄存器是配置不同的位數(shù)來確定溫度和數(shù)字的轉(zhuǎn)化靴迫，配置寄存器結(jié)構(gòu)如下：

低五位是1惕味。

TM是測試模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式玉锌。DS18B20出廠時該位被設置為0名挥，用戶不需要去改動。

R1和R0用來設置DS18B20的精度(分辨率)主守，可設置為9禀倔、10、11或12位丸逸，對應的分辨率溫度是0.5°C蹋艺、0.25°C、0.125°C和0.0625°C黄刚。R0和R1配置如下：

R1	R0	精度	最大轉(zhuǎn)換時間
0	0	9-bit	93.75ms
0	1	10-bit	187.5ms
1	0	11-bit	375ms
1	1	12-bit	750ms

初始狀態(tài)默認精度是12位捎谨，即R1R0=11。

高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，分配如下：

當溫度轉(zhuǎn)換命令（44H）發(fā)布后涛救，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)畏邢。存儲的兩個字節(jié)，高字節(jié)的前5位是符號S检吆，單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)舒萎，讀取時低位在前，高位在后蹭沛，數(shù)據(jù)格式如下：

寄存器	bit7	bit6	bit5	bit4	bit3	bit2	bit1	bit0
LS Byte
MS Byte	S	S	S	S	S

如果測得的溫度大于0臂寝，符號位S=0，將測試得到的數(shù)值乘以0.0625(默認精度)即可得到實際溫度摊灭；

如果測得的溫度小于0咆贬，符號位S=1，將測到的數(shù)據(jù)取反加1再乘以0.0625即可得到實際溫度帚呼。

溫度與數(shù)據(jù)對應關(guān)系如下：

上電復位時溫度寄存器默認值為+85°C掏缎。

比如測試到的數(shù)據(jù)為0x0550，高5位是0表示測試到的溫度是正溫度煤杀，0x0550十進制是1360眷蜈，將1360乘以0.0625等于85就是得到的溫度值，即0x0550對應的是85°C沈自。

1.7酌儒、 讀寫時序

由于DS18B20是單總線器件，所有的單總線器件都要求采用嚴格的信號時序枯途，以保證數(shù)據(jù)的完整性今豆。

DS18B20時序包括：初始化時序、寫(0和1)時序柔袁、讀(0和1)時序。

DS18B20發(fā)送所有的命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前异逐。

(1) 初始化時序

單總線上的所有通信都是以初始化序列開始的捶索。

主機輸出低電平，保持低電平時間至少480us（該時間的時間范圍可以從480到960us）灰瞻，以產(chǎn)生復位脈沖腥例。

接著主機釋放總線，外部的上拉電阻將單總線拉高酝润，延時15~60us燎竖，并進入接收模式。

接著DS18B20拉低總線60~240us要销，以產(chǎn)生低電平應答脈沖构回，若為低電平，還要做延時，其延時時間從外部上拉電阻將單總線拉高算起算起最少要480us纤掸。

初始化時序圖如下：

DS18B20初始化時序圖

① 數(shù)據(jù)線拉到低電平0脐供；

②延時480us；

③ 數(shù)據(jù)線拉到高電平1借跪；

④ 延時等待80us政己，如果初始化成功則在15~60us內(nèi)產(chǎn)生一個由DS18B20返回的低電平，根據(jù)該狀態(tài)可以確定它存在掏愁；

⑤ 如果CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平0后歇由，還要延時，其延時時間從發(fā)出的高電平算起(第③步)的時間算起果港，最少要480us沦泌。

根據(jù)上述時序，可以編寫對應的初始化代碼京腥，如下：

/*************************************************************************
* 函數(shù)名：      DS18B20Init
* 函數(shù)功能： DS18B20溫度傳感器初始化
* 輸入：           void
* 輸出：           初始化成功返回1赦肃，失敗返回0
**************************************************************************/
uchar DS18B20Init()
{
    uchar i;
    DSPORT=0;  // 數(shù)據(jù)線拉低
    i=80;
    while(i--);  // 延時480us
    DSPORT=1;  // 數(shù)據(jù)線拉高
    i=0;
    while(DSPORT)
    {
        delay1ms(1);  // 數(shù)據(jù)線拉高后延時至少480us
        i++;
        if(i>5)
        {
            return 1;
        }
        
    }
    return 0;
}

其中DSPORT定義如下：

sbit DSPORT = P3^7; // DS18B20的數(shù)據(jù)線連接到P3.7口

(2) 寫時序

寫時序包括寫0時序和寫1時序。

所有寫時序至少需要60us公浪，且在2次獨立的寫時序之間至少需要1us的恢復時間他宛，兩種寫時序均起始于主機拉低總線。

寫1時序：主機輸出低電平欠气，延時2us厅各，然后釋放總線，延時60us预柒。

寫0時序：主機輸出低電平队塘，延時60us，然后釋放總線宜鸯，延時2us憔古。

寫時序圖如下：

DS18B20寫時序圖

① 數(shù)據(jù)線先置低電平0；

② 延時15us淋袖；

③ 按從低位到高位的順序發(fā)送數(shù)據(jù)（一次只發(fā)送一位）鸿市；

④ 延時60us；

⑤ 將數(shù)據(jù)線拉到高電平即碗。

⑥ 重復1~5步驟焰情，直到發(fā)送完整的字節(jié)；

⑦ 最后將數(shù)據(jù)線拉高剥懒。

根據(jù)上述時序編寫出DS18B20寫數(shù)據(jù)的代碼内舟，如下：

/*************************************************************************
* 函數(shù)名：      DS18B20WriteByte
* 函數(shù)功能： DS18B20按照時序?qū)懸粋€字節(jié)
* 輸入：           dat：寫入的數(shù)據(jù)
* 輸出：           void
**************************************************************************/
void DS18B20WriteByte(uchar dat)
{
    uchar i, j;
    j=0;
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        DSPORT=0;  // 數(shù)據(jù)線拉低
        j++;  // 延時15us
        j++;
        DSPORT=dat&0x01;
        j=10;  // 延時60us
        while(j--);
        DSPORT=1;
        dat=dat>>1;
    }
}   

(3) 讀時序

單總線器件僅在主機發(fā)出讀時序時，才向主機傳輸數(shù)據(jù)初橘，所以充岛，在主機發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后批狱，必須馬上產(chǎn)生讀時序，以便從機能夠傳輸數(shù)據(jù)炒俱。

所有讀時序至少需要60us，且在2次讀時序之間至少需要1us的恢復時間权悟。

每個讀時序都由主機發(fā)起，至少拉低總線1us推盛。主機在讀時序期間必須釋放總線峦阁，并且在時序起始后的15us內(nèi)采樣總線狀態(tài)。

讀時序圖如下：

DS18B20讀時序圖

① 將數(shù)據(jù)線拉低0耘成；

② 延時1us榔昔；

③ 將數(shù)據(jù)線拉高1，釋放總線準備讀數(shù)據(jù)瘪菌；

④ 延時10us撒会；

⑤ 讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個狀態(tài)位，并進行數(shù)據(jù)處理师妙；

⑥ 延時45us诵肛；

⑦ 重復1~6步驟，直到讀完一個字節(jié)默穴。

根據(jù)上述時序可以編寫DS18B20讀數(shù)據(jù)的時序怔檩，如下：

/*************************************************************************
* 函數(shù)名：      DS18B20ReadByte
* 函數(shù)功能： DS18B20按照時序讀一個字節(jié)
* 輸入：           void
* 輸出：           返回讀取到的一個字節(jié)的數(shù)據(jù)
**************************************************************************/
uchar DS18B20ReadByte()
{
    uchar i, j;
    uchar bi, dat;
    j=0;
    dat=0;
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        DSPORT=0;  // 數(shù)據(jù)線拉低
        j++;  // 延時1us
        DSPORT=1;
        j++;  // 延時10us
        j++;
        bi=DSPORT;
        dat= (dat>>1)|(bi<<7);
        j=7;
        while(j--);
    }
    
    return dat;
}

(4) DS18B20讀取溫度

根據(jù)ROM指令表，當總線上只有一個DS18B20時蓄诽，首先發(fā)送CCH指令薛训，然后發(fā)送RAM溫度轉(zhuǎn)換指令44H，

那么如果總線上只掛接了一個DS18B20仑氛，那么DS18B20典型溫度讀取過程為：復位→發(fā)SKIP ROM命令（0xCC）→發(fā)開始轉(zhuǎn)換命令（0x44）→延時→復位→發(fā)送SKIP ROM命令（0xCC）→發(fā)讀存儲器命令（0xBE）→連續(xù)讀出兩個字節(jié)數(shù)據(jù)（即溫度）→結(jié)束许蓖。

二、DS18B20使用示例

本示例實現(xiàn)的功能為：系統(tǒng)運行時调衰，插上DS18B20溫度傳感器，數(shù)碼管顯示檢測的溫度值自阱。用到的資源包括數(shù)碼管和DS18B20嚎莉，proteus設計如下：

proteus設計數(shù)碼管顯示檢測到的溫度

根據(jù)上面介紹的時序及讀溫度流程，DS18B20讀取溫度代碼如下：

// DS18B20轉(zhuǎn)換溫度沛豌，復位->發(fā)送0xcc跳過ROM命令->發(fā)送0x44溫度轉(zhuǎn)換命令
void DS18B20ChangeTemp()
{
    DS18B20Init();
    delay1ms(1);
    DS18B20WriteByte(0xcc);  // 發(fā)送0xcc命令
    DS18B20WriteByte(0x44);  // 發(fā)送0x44命令
}

// DS18B20發(fā)送讀取溫度命令趋箩，復位->發(fā)送0xcc跳過ROM命令->發(fā)送0xBE讀存儲器命令
void DS18B20ReadTempCom()
{
    DS18B20Init();
    delay1ms(1);
    DS18B20WriteByte(0xcc);  // 發(fā)送0xcc命令
    DS18B20WriteByte(0xBE);  // 發(fā)送0xBE命令
}

// DS18B20讀取檢測到的溫度赃额，溫度轉(zhuǎn)換->發(fā)送讀溫度命令->讀取數(shù)據(jù)
int DS18B20ReadTemp()
{
    int temp;
    uchar tmH, tmL;
    DS18B20ChangeTemp();
    DS18B20ReadTempCom();
    tmL=DS18B20ReadByte();
    tmH=DS18B20ReadByte();
    temp=tmH;
    temp = (temp<<8)|tmL;
    return temp;
}

主函數(shù)main.c如下：

/*
    實現(xiàn)功能：使用DS18B20溫度傳感器檢測當前溫度，并將結(jié)果顯示到數(shù)碼管中
    [2023-12-25] zoya
*/
#include <reg52.h>
#include "TempDS18B20.h"

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;

#define GPIO_LED P0
sbit LSA=P2^2;
sbit LSB=P2^3;
sbit LSC=P2^4;

u8 code smg[]={0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f};
u8 display[6];

// 延時函數(shù)
void delay(u16 i)
{
    while(i--);
}

// 數(shù)碼管顯示函數(shù)
void DigDisplay()
{
    u8 i;
    for(i=0;i<6;i++)
    {
        switch(i)
        {
            case 0: LSA=1; LSB=1; LSC=1; break;  // Y7
            case 1: LSA=0; LSB=1; LSC=1; break;  // Y6
            case 2: LSA=1; LSB=0; LSC=1; break;  // Y5
            case 3: LSA=0; LSB=0; LSC=1; break;  // Y4
            case 4: LSA=1; LSB=1; LSC=0; break;  // Y3
            case 5: LSA=0; LSB=1; LSC=0; break;  // Y2
            case 6: LSA=1; LSB=0; LSC=0; break;  // Y1
            case 7: LSA=0; LSB=0; LSC=0; break;  // Y0
        }
        
        GPIO_LED=display[i];
        delay(500);
        GPIO_LED=0x00;
    }
}

// 溫度處理函數(shù)
void TempPros(int temp)
{
    float tp;
    if(temp<0)
    {
        display[0]=0x40;  // -
        temp=temp-1;
        temp=~temp;
        tp=temp;
        temp=tp*0.0625*100+0.5;
    }
    else
    {
        display[0]=0x00;
        tp=temp;
        temp=tp*0.0625*100+0.5;
    }
    
    display[1]=smg[temp%10000/1000];
    display[2]=smg[temp%1000/100]|0x80;  // |0x80顯示小數(shù)點
    display[3]=smg[temp%100/10];
    display[4]=smg[temp%10/1];
    display[5]=0x39;
    
}

void main()
{
    while(1)
    {
        TempPros(DS18B20ReadTemp());
        DigDisplay();
    }
}

仿真結(jié)果叫确，DS18B20默認溫度是85°跳芳，所以系統(tǒng)初始運行時顯示85度飞盆。

數(shù)碼管顯示DS18B20檢測到的溫度