2.5.2DS18B20溫度讀取調(diào)試項(xiàng)目二11一月2026智能電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作主要內(nèi)容DS18B20的特性及內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20控制命令DS18B20操作時(shí)序DS18B20溫度采集編程任務(wù)要求：將DS18B20的溫度讀取出來并通過串口輸出到串口調(diào)試助手觀察。在編寫程序讀取DS18B20的溫度之前首先要了解DS18B20的一些知識，才能夠正確編程，下面對DS18B20進(jìn)行簡要說明。1.DS18B20的特性及內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20的管腳如圖2-16所示，其中2腳為數(shù)據(jù)線DQ，連接到單片機(jī)的IO端口。1.DS18B20的特性及內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）DS18B20的特點(diǎn)

獨(dú)特的單線接口，僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊；

每個(gè)器件有唯一的64位序列號存儲在內(nèi)部存儲器中；

簡單的多點(diǎn)分布式測溫應(yīng)用；

可以通過數(shù)據(jù)線供電。供電范圍為3.0V~5.5V；

測溫范圍為-55~+125°C；

在-10~+85°C范圍內(nèi)精度為±0.5°C；

溫度計(jì)分辨率可以被使用者選擇為9~12位；

最多在750ms內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字；

用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置；1.DS18B20的特性及內(nèi)部結(jié)構(gòu)（2）DS18B20概述圖2-17是DS18B20的方框圖，內(nèi)部有一個(gè)64位的只讀存儲器件的唯一片序列號，就像每個(gè)人有唯一的不同于其他人的身份證一樣，每個(gè)芯片的序列號是唯一的。片內(nèi)暫存器提供了含有2個(gè)字節(jié)的溫度寄存器，這兩個(gè)寄存器用來存儲溫度傳感器輸出的數(shù)據(jù)。除此之外，暫存器還提供一個(gè)直接的溫度報(bào)警值寄存器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精度設(shè)定為9、10、11或12位。1.DS18B20的特性及內(nèi)部結(jié)構(gòu)（3）溫度存儲DS18B20溫度傳感器提供了可編程的9、10、11或12位精度，精度分別對應(yīng)0.5°C、0.25°C、0.125°C和0.0625°C。在上電狀態(tài)下默認(rèn)的精度為12位。溫度在DS18B20中是以2個(gè)字節(jié)存儲的，存儲的格式如圖2-18所示：1.DS18B20的特性及內(nèi)部結(jié)構(gòu)在這兩個(gè)字節(jié)存儲器中，bit3~bit0是溫度的小數(shù)部分，bit10~bit4是溫度整數(shù)部分，bit15~bit11是溫度的符號位，S值為1表示負(fù)溫度，S為0表示正溫度。常見的溫度和寄存器數(shù)據(jù)輸出關(guān)系如圖2-19所示：1.DS18B20的特性及內(nèi)部結(jié)構(gòu)（4）報(bào)警操作DS18B20完成一次溫度轉(zhuǎn)換后，就拿溫度值與和存儲在TH和TL中的用戶自定義的溫度上下限報(bào)警預(yù)置值進(jìn)行比較。標(biāo)志位（S）指出溫度值的正負(fù)：正數(shù)S=0,負(fù)數(shù)S=1。TH和TL寄存器是非易失性的，所以它們在掉電時(shí)仍然保存數(shù)據(jù)。TH和TL存儲格式如圖2-20所示：當(dāng)TH和TL為8位寄存器時(shí)，溫度寄存器中的11位到4位的數(shù)據(jù)用來和TH、TL進(jìn)行比較。如果測量得的溫度高于TH或者低于TL，報(bào)警條件成立，DS18B20內(nèi)部就會置位一個(gè)報(bào)警標(biāo)識。每進(jìn)行一次測溫就對這個(gè)標(biāo)識進(jìn)行一次更新；如果報(bào)警條件不成立了，在下一次溫度轉(zhuǎn)換后報(bào)警標(biāo)識將被移去。1.DS18B20的特性及內(nèi)部結(jié)構(gòu)（5）DS18B20內(nèi)部存儲器DS18B20的內(nèi)部存儲器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPROM，后者存放溫度的上下限報(bào)警值和配置寄存器。高速暫存RAM以及EEPROM的構(gòu)成如圖2-21所示。高速暫存RAM由9個(gè)字節(jié)組成，當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)出后，經(jīng)轉(zhuǎn)換獲得的溫度值以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存放在第0（LSB）和第1（MSB）個(gè)字節(jié)內(nèi)。第2和第3個(gè)字節(jié)是溫度的上（TH）下限（TL）報(bào)警值，第4個(gè)字節(jié)是配置寄存器，主要用以設(shè)置工作模式和轉(zhuǎn)換位數(shù)。第5、第6和第7個(gè)字節(jié)是保留位，沒有實(shí)際意義，第八個(gè)字節(jié)是前面所有8個(gè)字節(jié)的CRC校驗(yàn)碼。1.DS18B20的特性及內(nèi)部結(jié)構(gòu)配置寄存器的各位意義如圖2-22所示。低5位的讀出值總是為1，第7位是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20是工作在測試模式還是工作模式，出廠時(shí)默認(rèn)設(shè)置為0，用戶不用改動。R1和R0用來設(shè)置溫度轉(zhuǎn)換位數(shù)。具體設(shè)置如圖2-23所示。2.DS18B20操作命令（1）ROM操作命令DS18B20采用的是單總線通信接口，因?yàn)槭菃慰偩€通信接口，必須先完成ROM設(shè)定，否則記憶和控制功能將無法使用。一旦總線檢測到從屬器件的存在，它便可以發(fā)出器件ROM操作指令，所有ROM操作指令均為8位長度，主要提供以下功能命令：

①讀ROM（指令碼0x33）：當(dāng)總線上只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)（器件）時(shí)，讀此節(jié)點(diǎn)的64位序列號。如果總線上存在多于一個(gè)的節(jié)點(diǎn)，則此指令不能使用。②ROM匹配（指令碼0x55）：此命令后跟著64位的ROM序列號，總線上只有與此序列號相同的DS18B20才會做出反應(yīng)；該指令用于選中某個(gè)DS18B20，然后對該DS18B20進(jìn)行讀寫操作。2.DS18B20操作命令（1）ROM操作命令③搜索ROM（指令碼0xF0）：用于確定接在總線上DS18B20的個(gè)數(shù)和識別所有的64位ROM序列號。當(dāng)系統(tǒng)開始工作，總線主機(jī)可能不知道總線上的器件個(gè)數(shù)或者不知道其64位ROM序列號，搜索命令用于識別所有連接于總線上的64位ROM序列號。④跳過ROM（指令碼0xCC）：此指令只適合于總線上只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)，該命令通過允許總線主機(jī)不提供64位ROM序列號而直接訪問RAM，以節(jié)省操作時(shí)間。⑤報(bào)警檢查（指令碼0xEC）：此指令與搜索ROM指令基本相同，差別在于只有溫度超過設(shè)定的上限或者下限值的DS18B20才會作出響應(yīng)。只要DS18B20一上電，報(bào)警條件就保持在設(shè)置狀態(tài)，直到另一次溫度測量顯示出非告警值，或者改變TH或TL的設(shè)置使得測量值再一次位于允許的范圍之內(nèi)。儲存在EEPROM內(nèi)的觸發(fā)器用于報(bào)警。2.DS18B20操作命令（2）RAM操作指令①溫度轉(zhuǎn)換（指令碼0x44）:啟動DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，結(jié)果存入內(nèi)部RAM。

②讀暫存器（指令碼0xBE）：讀暫存器9個(gè)字節(jié)內(nèi)容，此指令從RAM的第1個(gè)字節(jié)（字節(jié)0）開始讀取，直到九個(gè)字節(jié)（字節(jié)8，CRC值）被讀出為止。如果不需要讀出所有字節(jié)的內(nèi)容，那么主機(jī)可以在任何時(shí)候發(fā)出復(fù)位信號以中止讀操作。③寫暫存器（指令碼0x4E）：將上下限溫度報(bào)警值和配置數(shù)據(jù)寫入到RAM的2、3、4字節(jié)，此命令后跟著是這三個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。

④復(fù)制暫存器（指令碼0x48）：把暫存器的2、3、4字節(jié)復(fù)制到EEPROM中，用以掉電保存。

⑤重新調(diào)出EEPROM數(shù)據(jù)（指令碼0xB8）：把EEPROM中的溫度上下限及配置字節(jié)恢復(fù)到RAM的2、3、4字節(jié)，用以上電后恢復(fù)以前保存的報(bào)警值及配置字節(jié)。⑥讀電源供電方式（指令碼0xB4）：啟動DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號給主CPU。對于在此命令送至DS18B20后所發(fā)出的第一次讀出數(shù)據(jù)的時(shí)間片，器件都會給出其電源方式的信號?！?”表示寄生電源供電。“1”表示外部電源供電。3.DS18B20操作時(shí)序根據(jù)DS18B20的通信協(xié)議，單片機(jī)控制DS18B20完成一次溫度轉(zhuǎn)換必須必須按照以下順序進(jìn)行：①對DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作；②寫入配置命令，啟動溫度轉(zhuǎn)換；③對DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作；④寫入配置命令，讀取溫度值；⑤讀取溫度低字節(jié)，再讀取溫度高字節(jié)。3.DS18B20操作時(shí)序（1）DS18B20的初始化（復(fù)位）時(shí)序在初始化序列期間，總線控制器拉低總線并保持480us以發(fā)出一個(gè)復(fù)位脈沖，然后釋放總線，進(jìn)入接收狀態(tài)。單總線由5K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,然后發(fā)出一個(gè)由60-240us低電平信號構(gòu)成的存在脈沖。如圖2-24所示：3.DS18B20操作時(shí)序（2）DS18B20寫時(shí)序

寫時(shí)序分為寫1時(shí)序和寫0時(shí)序，總線控制器要產(chǎn)生一個(gè)寫1時(shí)序，必須先把數(shù)據(jù)線拉到低電平，然后在寫時(shí)序開始后的15us釋放總線，當(dāng)總線被釋放的時(shí)候，5K的上拉電阻將拉高總線?？偩€控制器要生成一個(gè)寫0的時(shí)序，必須要把數(shù)據(jù)線拉到低電平并持續(xù)保持至少60us?？偩€控制器初始化寫時(shí)序后，DS18B20在一個(gè)15us到60us的窗口對I/O線采樣。如果線上是高電平，就是寫1，如果線上是低電平，就是寫0。寫時(shí)序如圖2-25所示：3.DS18B20操作時(shí)序（3）DS18B20讀時(shí)序DS18B20只能在主機(jī)發(fā)出讀取命令時(shí)才向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。所有讀時(shí)序持續(xù)時(shí)間必須最少60us，包括2個(gè)讀周期之間至少有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，然后釋放總線。在總線控制器發(fā)出讀時(shí)序后，DS18B20通過拉高或拉低總線來傳輸1或0.當(dāng)傳輸邏輯0