概述

11章DS18B20溫度傳感器測溫現(xiàn)實生產(chǎn)生活中，小到測量體溫的溫度計，大到航天飛機的溫控系統(tǒng)，處處都離不開溫度測量。工業(yè)生產(chǎn)中的三大指標〔流量、壓力、溫度〕之一就是溫度，溫度測量可以說是無處不在，遍布了我們生活生產(chǎn)的方方面面。DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS以串行數(shù)據(jù)流的形式，傳輸給單片機等微處理器去處理。DS18B20溫度傳感器的另一個主要特點是它是單總線的，即它與單片機等微處理器連接時，只需占用一個I/O管腳，并且不再需要其它任何外部元器件，這大大簡化了它與單片機之間的接口電路。DS18B20溫度傳感器介紹DS18B20溫度傳感器是三腳TO-92DS18B2011-1所示。可以看到它體積很小，只有三只管腳，外形與一般的三極11-2DS18B20TO-92直插式封裝圖，表11-1列出了DS18B20各個引腳的定義。圖11-1 DS18B20實物圖 圖11-2 DS18B20引腳圖表11-1 DS18B20引腳定義。引腳 引腳序號 名稱GND

功能描述接地端DQ 數(shù)據(jù)輸入輸出端ＶＤＤDS18B20溫度傳感器特性簡介

電源端獨特的單總線〔一條線〕I/O管腳，且硬件連接無需其它外部元件；測量結(jié)果直接輸出數(shù)字量，可直接與微處理器通信；供電電壓范圍3.0V~5.5V；在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；測溫范圍-55℃~+125℃；在-10℃~+85℃范圍內(nèi)，測量精度可達±0.5℃；可編程的9~12位測溫區(qū)分率，對應的可區(qū)分溫度值分別為0.5℃，0.25℃，0.125℃，0.0625℃；12位區(qū)分率時的溫度測量轉(zhuǎn)換最長時間〔上限〕只有750ms；每一片DS18B20都有自己獨一無二的芯片號碼DS18B20可以并聯(lián)在一條數(shù)據(jù)總線上，實現(xiàn)不同地點的多點組網(wǎng)；應用范圍包括溫度調(diào)控，工業(yè)現(xiàn)場測溫，消費類產(chǎn)品，溫度計及熱敏系統(tǒng)等。DS18B20溫度傳感器測溫工作原理DS18B20的核心功能就是測量被測環(huán)境溫度并直接轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量。我們使用DS18B20DS18B20DS18B20內(nèi)部讀出，送入單片機進展處理，所以了解DS18B20內(nèi)部的存儲器的構(gòu)造和組成是必要的。另外，掌握DS18B20測溫順讀取溫度值的指令也是必不行少的。以下就從這兩個方面分別加以說明。1、DS18B20內(nèi)部的存儲器248249DS18B2064位光刻ROE2RAM?！?〕64位光刻ROM63位56 位558708CRC碼48位序列號家族代碼28H前面已經(jīng)提及，每一片DS18B20都有一個獨一無二的號碼，用于唯一標識當前這片DS18B20DS18B2063位56 位558708CRC碼48位序列號家族代碼28H圖11-3 64位光刻ROM數(shù)據(jù)格式這64位號碼從最低位〔位0〕到最高位〔位63〕劃分為三個組成局部，分別是：最低8位，中間488位，如圖11-3所示。其中，最低8位對每一片DS18B20而言都一樣，其值是0x28，稱為家族代碼。這個值是特地安排給DS18B20家族的，用以區(qū)分不同的48位是唯一標識當前這片DS18B20DS18B200x28H484848位序856位〔8位+48位=56位〕CRC碼，一般不大使用，讀者可以不予深究。〔2〕中間結(jié)果暫存RAM中間結(jié)果暫存RAM811-4所示。功能描述字節(jié)地址8位08位1設置溫度上限值2設置溫度下限值3設置存放器字節(jié)4保存5保存6保存7圖11-4 中間結(jié)果暫存RAM0818位，234是配置存放5,6,780,1,45個字節(jié)幾乎不使用，0,1,4就足夠了。SSSSS26 25 2423 22 21 20 2-1 2-2 2-3 2-401中存放的就是測量的溫度值，字節(jié)地址18位，0811-55位S5S0則表示溫度是正值，由于是正值，補碼與原碼一樣，余下的11位按圖示各位的權(quán)重計算，所得數(shù)值就是所測溫度值；假設5S111位的110.0625SSSSS26 25 2423 22 21 20 2-1 2-2 2-3 2-4圖11-5 溫度數(shù)據(jù)存儲格式4是配置存放器字節(jié)。前面已經(jīng)提及，DS18B209位，10位，11位，12位四種區(qū)分率，實際測溫時選用哪種區(qū)分率，可以通過具體編程來設定，DS18B201112位750ms(tconv)12位。字節(jié)地址4配置存放器字節(jié)的數(shù)據(jù)格式如圖11-6R1R09位，10位，11位，12位四種區(qū)分率。對應1112位750ms(tconv)765432100R1R01111111-6配置存放器字節(jié)的數(shù)據(jù)格式11-2R1R0的四種組合與測溫區(qū)分率的關(guān)系R1R0溫度區(qū)分率 最大轉(zhuǎn)換時間009位 93.75ms (tconv/8)0110位 187.5ms (tconv/4)1011位 375ms (tconv/2)〔3〕E2RAME2RAM11-7所示。可以看到，E2RAMRAM中字節(jié)地址位2,3,4的三個字節(jié)內(nèi)容的拷貝或者說是備份，以備數(shù)據(jù)的完備性需要。這個存儲器一般不使用，故可以無視不予考慮。設置存放器字節(jié)圖11-7 E2RAM的構(gòu)造綜上所述，在不轉(zhuǎn)變測溫出廠區(qū)分率〔12位〕的前提下，DS18B20內(nèi)部存儲器中，我64位光刻ROMRAM中用于存放溫度值的字節(jié)地01了。2、DS18B20的指令DS18B20的指令可分為三大類，第一類是與64位光刻ROM相關(guān)聯(lián)的一系列指令，其次類是與中間結(jié)果暫存RAM換的掌握類指令。上面剛剛提到，在不轉(zhuǎn)變測溫出廠區(qū)分率〔12位〕的前提下，DS18B2064ROMRAM0和字節(jié)地址1中的溫度值。考慮到DS18B20的指令集中，局部指令極少使用，此處僅就常用的、關(guān)鍵指令做解釋說明，其余指令請讀者查閱參考相關(guān)資料。64ROM相關(guān)的指令64ROM號碼指令【0x33】本條指令用于讀取唯一標識當前這片DS18B2064DS18B20，否則會消滅多片DS18B20沖突的問題；64ROM號碼指令【0x55】本條指令主要用在單總線上掛接多片DS18B200x55后，64位光刻ROM號碼〔64ROM號碼時，低位在前。64位光刻ROM號碼，將與單總線上每一片DS18B2064位光刻ROM號碼進展比對，號碼匹配的那一片DS18B20將執(zhí)行后續(xù)的指令，例如轉(zhuǎn)換溫度、讀取溫度值等指令；而號碼不匹配的那些DS18B20將不執(zhí)行任何指令，連續(xù)等待下去，直到總線復位后，再等待下一次被匹配的時機。64ROM號碼匹配指令【0xCC】可以設想，假設總線上只有一片DS18B20掛接其上，執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換指令、讀取溫度值指令等只能是針對這一片DS18B2064位光刻ROM64位光刻ROM號碼，明顯是畫蛇添足，多此一舉，所以完全可以跳過64位光刻ROM號碼的匹配環(huán)節(jié)，直接執(zhí)行轉(zhuǎn)換溫度、讀取溫度值等指令。應當留意的是，不需要執(zhí)行匹0x550xCC指令完成跳過功能。64ROM指令【0xF0】當總線上掛接多片DS18B20芯片時，執(zhí)行本指令可以搜尋當前掛接在總線上的DS18B2064位光刻ROMDS18B20芯片。與中間結(jié)果暫存RAM相關(guān)的溫度數(shù)值讀取指令RAM指令【0xBE】單片機發(fā)出并執(zhí)行讀中間結(jié)果暫存RAM0xBE后，就可以從字節(jié)地址0開頭，每次讀取一個字節(jié)，依次讀取中間結(jié)果暫存RAM8前面兩個字節(jié)中，實際應用中只讀取前兩個字節(jié)就可以了。掌握溫度轉(zhuǎn)換指令啟動溫度轉(zhuǎn)換指令【0x44】本指令是啟動溫度轉(zhuǎn)換指令，轉(zhuǎn)換完畢后的溫度值，被存入中間結(jié)果暫存RAM的字0〔8位〕1〔8位〕中。然后就可以從中讀取溫度值了。3、DS18B20的通信規(guī)章僅用一條線通信的DS18B20一般芯片，其特別性表現(xiàn)在，每次操作都要按部就班地執(zhí)行以下四個步驟：S1：初始化DS18B20；S2：向DS18B20發(fā)送與64位光刻ROM相關(guān)的指令；S3：執(zhí)行與中間結(jié)果暫存RAM相關(guān)的指令〔包括掌握溫度轉(zhuǎn)換指令S4：數(shù)據(jù)處理。64ROMDS18B20溫度轉(zhuǎn)換操作，讀取溫度操作，來細化上述四個步驟。64位光刻ROM號碼操作S1：初始化DS18B20；S2：單片機向DS18B2064位光刻ROM0x33H；S364位光刻ROM號碼操作不涉及中間結(jié)果暫存RAM，此步驟就什么都不做；S4：單片機從單總線上一位接著一位地讀取，共64位，得到64位光刻ROM號碼〔留意：低位在前。啟動DS18B20溫度轉(zhuǎn)換操作S1：初始化DS18B20；S2DS18B2064位光刻ROM0xCCH〔假設只有一片DS18B20掛接在總線上；S3：單片機向DS18B20發(fā)送啟動溫度轉(zhuǎn)換指令0x44H；S4：本操作只啟動溫度轉(zhuǎn)換，很多據(jù)處理，故本步驟什么都不做。讀取溫度操作S1：初始化DS18B20；S2DS18B2064ROM0xCCH〔假設只有一片DS18B20掛接在總線上；S3：單片機向DS18B20發(fā)送讀中間結(jié)果暫存RAM指令0xBEH；S4：單片機從單總線上一位接著一位地讀取，連續(xù)讀取兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)〔低字節(jié)在前，高位在前此處還需要解釋說明兩點：①DS18B20的操作時序很嚴格，特別是延時，要比較準確才行。所以以上每一步驟后都緊跟一段延時，具體延時時間多長，后面的初始化、讀寫操作等時序會給出具體說明。②由于DS18B20是單總線的，只有一條線與單片機的一個I/O管腳相連接。在初始化、64位光刻ROMDS18B20DS18B20傳送到單片機的，全部數(shù)據(jù)都是〔也只能〕借助這一條總線在傳輸，所以數(shù)據(jù)是在單片機與DS18B20之間一位一位地串行傳輸?shù)摹?、DS18B20的初始化、數(shù)據(jù)讀寫操作時序前面已經(jīng)提及，由于DS18B20是單總線的，所以其操作時序很嚴格，特別是延時，要比較準確才行。DS18B20的初始化DS18B2011-8所示。DS18B20的初始化時序是：

圖11-8 DS18B20的初始化時序①首先是單片機發(fā)送一低電平到單一數(shù)據(jù)總線上，將單總線拉低，拉低的時間至少是480μs960μs750μs左右；②然后，單片機釋放單總線的掌握權(quán)，轉(zhuǎn)而預備被動地接收DS18B20發(fā)送來的數(shù)據(jù)。此時，焊接在單總線上5KΩ的上拉電阻，將單總線由低電平拉高到高電平，此電平從低到高的上升沿被DS18B20捕獲到以后，單總線轉(zhuǎn)而由DS18B20掌握了；③當DS18B20掌握了總線時，在等待15~60μs以后，DS18B20將單總線再次拉低，作DS18B2DS18B2060μs240μs。④隨后，DS18B20釋放單總線，單總線上5KΩ的上拉電阻，再次將單總線由低電平拉高到高電平。此時DS18B20的初始化完成。具體到程序設計時，可以簡化初始化過程。實現(xiàn)如下：◆首先，單片機發(fā)送一低電平到單一數(shù)據(jù)總線上，將單總線拉低，這一低電平的持續(xù)時間750μs750μs=480μs+40μs+230μs480μs是單片機將總線拉低所40μs是單片機釋放總線后DS18B20〔大約23μs是DS18B20DS18B20DS18B20反響回應的低電平，承受延時以后，可以不必考慮單片機何時釋放總線、DS18B20等待多長時間、DS18B20發(fā)回應低電平多長一段時間后又釋放總線、而總線又被上拉電阻拉高。252只要這些過程完畢后，單總線是高電平就行，所以進入下一步驟：拉高總線。500μs左右；單片機向DS18B20寫數(shù)據(jù)單片機向DS18B2011-9所示。圖11-9 單片機向DS18B20寫一位數(shù)據(jù)的時序單片機向DS18B20寫一位數(shù)據(jù)的時序：①首先，單片機將單總線拉低〔延時時間小于15μs〕②然后，假設單片機向DS18B20寫的數(shù)是二進制數(shù)0，則單片機連續(xù)將單總線拉低，讓DS18B20采樣當前單總線上的數(shù)據(jù)〔低電平，即數(shù)據(jù)0，此總線拉低的延時時間最大45μs，由于單片機向DS18B20寫一位數(shù)據(jù)的時間必需在60μs內(nèi)完成；假設單片機向DS18B20寫的數(shù)是二進制數(shù)1，則單片機釋放總線，由外接上拉電阻將單總線拉高，供DS18B20采樣當前單總線上的數(shù)據(jù)〔高電平，即數(shù)據(jù)線更改為單片機將單總線拉高——只要得到高電平，不必考慮由誰將其拉高。同樣，此拉45μsDS18B2060μs內(nèi)完成；③最終，單片機再次將單總線拉高，預備下一位數(shù)據(jù)寫入DS18B20，一般在總線拉高10μs左右。具體程序設計時，實現(xiàn)如下：15μs；060μs；140μs；10μs；單片機從DS18B20讀數(shù)據(jù)單片機從DS18B2011-10所示。圖11-10 單片機從DS18B20讀一位數(shù)據(jù)的時序11-10可以看到，單片機從DS18B20讀一位數(shù)據(jù)時序比較嚴格，留給單片機采樣253窗口很窄，單片機從DS18B20讀取一位二進制數(shù)據(jù)的時間，必需掌握在開頭讀以后的15μs以內(nèi)。具體分析如下：◆首先，單片機將單總線拉低，拉低后的延時時間極短，一般在1μs以內(nèi)；◆然后，單片機釋放單總線，由DS18B20將單總線拉低，或者由外接上拉電阻將單總線拉高，供單片機去采樣0或者1。需要強調(diào)的是：此時單片機只是讀取這些凹凸電平，而不是掌握單總線被拉低或者拉高。整個拉低或者拉高電平的持續(xù)時間只有15－2=13μs左右，單片機此時應抓緊時間去讀取，否則電平就要發(fā)生變化。具體程序設計時，實現(xiàn)如下：◆首先，單片機將單總線拉低，拉低后的延時時間極短，一般在1μs以內(nèi)；不是單片機從DS18B20讀一位數(shù)據(jù)的時序要求51I/O1I/O口讀8μs左右；◆最終，單片機讀取單總線上的數(shù)據(jù)。DS18B201功能要求：DS18B201602〔數(shù)據(jù)已處理過，以及中間結(jié)果暫存RAM的字節(jié)地址0和字節(jié)地址1的溫度值〔數(shù)據(jù)未處理1602液晶屏其次行，顯示該片DS18B2064位光刻ROM號碼。硬件說明：11-11所示。留意DQ10KΩ的上拉電阻。實際練11-12所示。圖11-11 一片DS18B20與單片機的連接程序清單如下：#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitRS=P2^0;sbitRW=P2^1;sbitE=P2^2;sbitDQ=P2^3;uinttemp;ucharwdL,wdH;254255staticucharsn[8]={0};ucharcodeb2hex[]=“0123456789ABCDEF“;//************************************voidwrcmd1602(ucharcmd){ucharm;RW=0;RS=0;P1=cmd;for(m=0;m<=2;m++);E=1;for(m=0;m<=2;m++);E=0;}voidwrdata1602(ucharshuju){ucharm;RW=0;RS=1;P1=shuju;for(m=0;m<=2;m++);E=1;for(m=0;m<=2;m++);E=0;}voidinit1602(void){RW=0;E=0;wrcmd1602(0x38);wrcmd1602(0x0c);wrcmd1602(0x06);wrcmd1602(0x01);}voiddisp1602(ucharx,uchary,ucharch){ucharm;wrcmd1602(0x80+x*0x40+y);for(m=0;m<=252;m++);wrdata1602(ch);}/****************************************/voidinit18b20(void){ucharm;DQ=0;for(m=0;m<=90;m++); //732usDQ=1;for(m=0;m<=65;m++); //532us}voidwrcmd18b20(ucharcmd18b20){bitsendbit;uchari,m;for(i=1;i<=8;i++){sendbit=cmd18b20&0x01;cmd18b20=cmd18b20>>1;if(sendbit==0){}else{}}}

DQ=0;for(m=0;m<=2;m++); //12usDQ=0;for(m=0;m<=20;m++);//66usDQ=1;for(m=0;m<=2;m++); //12usDQ=0;for(m=0;m<=1;m++); //9usDQ=1;for(m=0;m<=10;m++);//36usDQ=1;for(m=0;m<=1;m++); //9usbitrdbit18b20(void){ucharm;bitonebit;DQ=0;_nop_;DQ=1; //單片機的I/O1for(m=0;m<=1;m++);//9usonebit=DQ;for(m=0;m<=10;m++);//36usreturn(onebit);}ucharrdbyte18b20(void){uchari,j;uintwenduzhi=0;for(i=1;i<=8;i++){j=rdbit18b20;wenduzhi=(j<<7)|(wenduzhi>>1);}return(wenduzhi);}voidstconv18b20(void){ucharm,n;init18b20;for(m=0;m<=1;m++); //9uswrcmd18b20(0xCC);for(m=0;m<=1;m++); //9uswrcmd18b20(0x44);for(n=0;n<=250;n++)for(m=0;m<=250;m++);for(n=0;n<=250;n++)for(m=0;m<=250;m++); //760ms}uintrdwendu(void){init18b20;wrcmd18b20(0xCC);wrcmd18b20(0xBE);wdL=rdbyte18b20;wdH=rdbyte18b20;temp=wdH;temp=temp<<8;temp=temp|wdL;temp=(uint)((float)temp*0.0625*10+0.5);return(temp);}voidrd18b20rom(void){ucharj;init18b20;wrcmd18b20(0x33);for(j=0;j<=7;j++){sn[j]=rdbyte18b20;_nop_;}}/**************************************************/main{uintt,k;init1602;rd18b20rom;for(k=0;k<=7;k++){disp1602(1,2*k,b2hex[(sn[k]&0xf0)>>4]);disp1602(1,2*k+1,b2hex[sn[k]&0x0f]);}disp1602(0,5,39);disp1602(0,6,”C”);while(1){stconv18b20;t=rdwendu;disp1602(0,0,t/100+”0”);disp1602(0,1,t/10%10+”0”);disp1602(0,2,”.”);disp1602(0,3,t%10+”0”);disp1602(0,14,b2hex[(wdL&0xf0)>>4]);disp1602(0,15,b2hex[wdL&0x0f]);disp1602(0,12,b2hex[(wdH&0xf0)>>4]);disp1602(0,13,b2hex[wdH&0x0f]);}}圖11-12 一片DS18B20測溫、測序列號實際練習結(jié)果258DS18B202功能要求：單片機與四片DS18B20連接，在16021DS18B20在16022DS18B20在16023DS18B20在16024DS18B20硬件說明：11-13DS18B20的同名引腳分別并聯(lián)，DQ引腳仍接上拉11-14所示。圖11-13 四片DS18B20與單片機的連接程序清單如下：#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitRS=P2^0;sbitRW=P2^1;sbitE=P2^2;sbitDQ=P2^3;uinttemp;ucharwdL,wdH;ucharcodesn[][8]={{0x28,0x0D,0x3F,0x2C,0x03,0x00,0x00,0x39},{0x28,0xE7,0x50,0x2C,0x03,0x00,0x00,0xA1},{0x28,0xB2,0x40,0x2C,0x03,0x00,0x00,0x18},{0x28,0xD1,0x45,0x2C,0x03,0x00,0x00,0x50}};//*****************************************voidwrcmd1602(ucharcmd){ucharm;RW=0;RS=0;P1=cmd;for(m=0;m<=2;m++);E=1;259260for(m=0;m<=2;m++);E=0;}voidwrdata1602(ucharshuju){ucharm;RW=0;RS=1;P1=shuju;for(m=0;m<=2;m++);E=1;for(m=0;m<=2;m++);E=0;}voidinit1602(void){RW=0;E=0;wrcmd1602(0x38);wrcmd1602(0x0c);wrcmd1602(0x06);wrcmd1602(0x01);}voiddisp1602(ucharx,uchary,ucharch){ucharm;wrcmd1602(0x80+x*0x40+y);for(m=0;m<=252;m++);wrdata1602(ch);}/*************************************************/voidinit18b20(void){ucharm;DQ=0;for(m=0;m<=90;m++); //732usDQ=1;for(m=0;m<=65;m++); //532us}voidwrcmd18b20(ucharcmd18b20){bitsendbit;uchari,m;for(i=1;i<=8;i++){sendbit=cmd18b20&0x01;cmd18b20=cmd18b20>>1;if(sendbit==0){}else{}

DQ=0;for(m=0;m<=2;m++); //12usDQ=0;for(m=0;m<=20;m++);//66usDQ=1;for(m=0;m<=2;m++); //12usDQ=0;for(m=0;m<=1;m++); //9usDQ=1;for(m=0;m<=10;m++);//36usDQ=1;for(m=0;m<=1;m++); //9us}}bitrdbit18b20(void){ucharm;bitonebit;DQ=0;_nop_;DQ=1;for(m=0;m<=1;m++);//9usonebit=DQ;for(m=0;m<=10;m++);//36usreturn(onebit);}ucharrdbyte18b20(void){uchari,j;uintwenduzhi=0;for(i=1;i<=8;i++){j=rdbit18b20;wenduzhi=(j<<7)|(wenduzhi>>1);}return(wenduzhi);}/*************************************************/voidmatch18b20(ucharn){uchari;init18b20;wrcmd18b20(0x55);for(i=0;i<=7;i++){wrcmd18b20(sn[n][i]);_nop_;}}//**************************************************voidstconv18b20(void){ucharm,n;init18b20;for(m=0;m<=1;m++); //9uswrcmd18b20(0xCC);for(m=0;m<=1;m++); //9usw