14.DS18B20温度传感器

1.DS18B20温度传感器

DS18B20是由DALLAS半导体公司推出的一款基于单总线接口的数字温度传感器。与传统的热敏电阻等模拟温度传感器相比，DS18B20具有体积小、适用电压范围宽、接口简单等缺点，广泛应用于工业控制、温度监测等领域。

1 主要特点

宽电压范围：工作电压为 3.0V～5.5V，支持寄生电源模式，可通过数据线供电。
单总线接口：仅需一条数据线即可实现与微处理器的双向通信，简化了硬件设计。
多点组网功能：多个 DS18B20 可以并联在同一总线上，实现多点测温。
高集成度：传感器内部集成了全部传感元件和转换电路，无需外部元件。
宽温度范围：测温范围为 -55℃～+125℃，在 -10℃～+85℃ 时精度为 ±0.5℃。
可编程分辨率：支持 9～12 位分辨率，对应温度分辨率为 0.5℃、0.25℃、0.125℃ 和 0.0625℃。
快速转换：在 9 位分辨率时，温度转换时间最快为 93.75ms；12 位分辨率时为 750ms。
数字输出：温度测量结果直接以数字信号输出，抗干扰能力强。
负压保护：电源极性接反时，芯片不会烧毁，但无法正常工作。

2.引脚说明

DS18B20 有三个引脚：

GND：接地。
DQ（I/O）：数据线，用于与微处理器通信。
VDD：电源引脚，电压范围为 3.0V～5.5V。

注意：插入传感器时需注意方向，插反会导致电源短路，损坏传感器。

3. 内部结构

DS18B20 内部包含以下主要部分：

64 位 ROM：存储唯一的序列号，用于区分多个传感器。
高速暂存器 RAM：存储温度转换结果。
EEPROM：存储温度触发器和配置寄存器。

ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列号。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位循环冗余校验码。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速的暂存器RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPROM，后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和配置寄存器。

配置寄存器是配置不同位数来确定温度和数字的转化，配置寄存器温度如下：

低5位一直是"1"，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不需要改动。R1和R0用来设置DS18B20的精度（分辨率），可设置为9，10，11或12位，对应的分辨率温度是0.5℃，0.25℃，0.0625℃。

R0和R1配置如下图：

在初始状态下默认的精度是12位，即R0=1、R1=1。

高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如下：

当温度转换命令（44H）发布后，经转换所得的温度值以二进制补码形式存放在高速暂存器的第0和第1个字节。存储的两个字节，高字节的前5位是符号位S，单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式如下：

如果测得的温度大于0，这5位为"0"，只要将测到的数值乘以0.0625（默认精度是12位）即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为"1"，测到的数值需要取反加1再乘以0.0625即可得到实际温度。温度与数据对应光系如下：

1.初始化时序

单总线上的所有通信都是以初始化序列开始。主机输出低电平，保持低电平时间至少480us(该时间的范围可以从480到960us),以产生复位脉冲。接着主机释放总线，外部的上拉电阻将单总线拉高，延时15-60us,并进入接收模式。接着DS18B20拉低总线60-240us，以产生低电平应答脉冲，若为低电平，还要做延时，其延时的时间从外部上拉电阻将单总线拉高算起最少要480us,初始化时序图如下：

sbit OneWire_DQ=P3^7;

unsigned char OneWire_Init(void)
{
	unsigned char i;
	unsigned char ActBit;
	OneWire_DQ=1;
	OneWire_DQ=0;
	i = 227;while (--i);		   //Delay 500us
	OneWire_DQ=1;	
	i = 29;while (--i);			   //Delay 70us
	ActBit=OneWire_DQ;
	i = 227;while (--i);		   //Delay 500us
	return ActBit;

}

2.写时序

写时序包括写0时序和1时序。所有写时序至少需要60us，且在2次独立的写时序之间至少需要1us的恢复时间，两种写时序均起始于主机拉低总线。写1时序，主机输出低电平，延时2us，然后释放总线延时60us。写0时序，主机输出低电平，延时60us，然后释放总线，延时20us，写时序如下：

void OneWire_SendBit(unsigned char Bit)
{
	unsigned char i;
	OneWire_DQ=0;
	i = 3;while (--i);			  //Delay 10us
	OneWire_DQ=Bit;
	i = 22;while (--i);			  //Delay 50us
	OneWire_DQ=1;

}

void OneWire_SendByte(unsigned char Byte)
{
	unsigned char i;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		OneWire_SendBit(Byte&(0x01<<i));
	}	
}

3.读时序

单总线器件仅在主机发出读时序时，才向主机传输数据，所以，在主机发出数据命令后，必须马上产生读时序，以便从机能够传输数据。所有读时序至少需要60us,且在2次独立的时序之间至少需要1us的恢复时间。每个读时序都由主机发起，至少拉低总线1us。主机在读时序期间必须释放总线，并且在时序起始后的15us内采样总线状态。

unsigned char OneWire_ReceiveBit(void)
{
	unsigned char i;
	unsigned char Bit;
	OneWire_DQ=0;
	i = 1;while (--i);			 //Delay 9us

	OneWire_DQ=1;
	i = 1;while (--i);			 //Delay 9us
	Bit=OneWire_DQ;
	i = 22;while (--i);			  //Delay 50us
	return Bit;
}

unsigned char OneWire_ReceiveByte(void)
{
	unsigned char i;
	unsigned char Byte=0x00;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		if(OneWire_ReceiveBit()){Byte|=(0x01<<i);}
	}
	return Byte;
}

4.DS18B20

#include <REGX52.H>
#include "OneWire.h"

#define DS18B20_SKIP_ROM				0xCC
#define DS18B20_CONVERT_T				0x44
#define DS18B20_READ_SCRATCHPAD		  	0xBE

1.温度转换

void DS18B20_ConverT(void)
{
	OneWire_Init();
	OneWire_SendByte(DS18B20_SKIP_ROM);		 //跳过ROM操作
	OneWire_SendByte(DS18B20_CONVERT_T);	 //启动温度转换
}

2.温度读取

float DS18B20_ReadT(void)
{
	unsigned char TLSB,TMSB;
	int Temp;
	float T;
	OneWire_Init();
	OneWire_SendByte(DS18B20_SKIP_ROM);		 //跳过ROM操作
	OneWire_SendByte(DS18B20_READ_SCRATCHPAD);	 //发送读取暂存器命令
	TLSB=OneWire_ReceiveByte();
	TMSB=OneWire_ReceiveByte();
	Temp=(TMSB<<8)|TLSB;
	T=Temp/16.0;
	return T;

}

2.实践

接下来我们来实现测量温度，并将温度显示在LCD1602上：

#include <REG51.H>
#include "lcd1602.h"
#include "DS18B20.h"
#include "OneWire.h"
float T;
void main()
{
	LCD1602_Init();
	LCD1602_ShowString(1,1,"Temperature:");
	while(1)
	{
		DS18B20_ConverT();
		T=DS18B20_ReadT();
		if(T<0)
		{
			LCD1602_ShowChar(2,1,'-');
			T=-T;
		}
		else
		{
			LCD1602_ShowChar(2,1,'+');	
		}
		LCD1602_ShowNum(2,2,T,3);
		LCD1602_ShowChar(2,5,'.');
		LCD1602_ShowNum(2,6,(unsigned long)(T*10000)%10000,4);
	}
}