硬件基础4 - 技术栈

ds18b20 数字温度传感器

1.参数指标

（1）量程（温度测量范围）： -55℃----125℃

（2）精度（测量的温度值与实际温度值之间所允许的最大误差）： ±0.5℃

（3）分辨率（传感器对温度变化的敏感程度）：

9位：0.5℃

10位：0.25℃

11位：0.125℃

12位（默认）：0.0625℃

（4）工作电压：3v---5.5v

2.ds18b20通信（半双工，串行，异步）：

GPIO One-wire：GPIO单总线通信，通过一根GPIO信号线来进行通信

3.ds18b20芯片内部结构

（1）可以通过内部电源给芯片供电

（2）64位ROM和单总线接口；

（3）存储器控制逻辑模块：协调芯片内部各模块工作

（4）暂存器（SCRATCHPAD）：存放温度，配置参数

（5）温度传感器：采集温度

（6）高温触发阈值与低温触发阈值（可配置）

（7）8位CRC校验生成器：生成CRC校验

4.上拉电阻

上拉电阻 是数字电路中非常基础但极其重要的元件，用于确保信号线在"空闲"时有确定的电平状态

51和ds18b20都释放总线时，总线能够呈现高电平，释放总线（需要作为数据的接收方）

任何一方拉低总线，整个总线都变低

5.dsl8b20读数

16位、符号扩展的二进制补码，通过单总线DQ串行发出

6.读取数据流程

（1）复位

（2）发送0xCC，跳过ROM

（3）发送0x44，开启温度转换

（4）延时750ms

（5）复位

（6）发送0xCC，跳过ROM

（7）发送0xBE，读取温度

（8）读取两个字节的温度数据

复制代码

float get_temp(void)
{
	unsigned char temp_low=0;
	unsigned char temp_high=0;
	short temp=0;

	ds18b20_reset();
	write_ds18b20(0xCC);
	write_ds18b20(0x44);
	Delay1ms(1000);
	ds18b20_reset();
	write_ds18b20(0xCC);
	write_ds18b20(0xBE);

	temp_low=read_ds18b20();
	temp_high=read_ds18b20();

	temp=temp_high << 8;
	temp |= temp_low;

	return temp * 0.0625;
}

DS18B20 返回的温度数据是16位的 ，但单片机一次只能读取8位（1个字节），所以必须分两次读取。

要遵循LSB读取顺序

复制代码

// DS18B20 先发送低字节（LSB），再发送高字节（MSB）
temp_low  = read_ds18b20();   // 先读低字节
temp_high = read_ds18b20();   // 后读高字节

// 如果顺序错了：
// temp_high = read_ds18b20();   // ❌ 先读高字节 → 数据错乱
// temp_low  = read_ds18b20();

7.时序逻辑

（1）复位时序

1.主机将总线拉低480---960us，发送复位脉冲，告诉从机准备复位

2.主机释放总线，交出控制权，总线呈现高水平

3.ds18b20检测到总线为高水平后，等待15---60us

4.ds18b20将总线拉低60---240us，回复响应脉冲，向主机应答

5.ds18b20释放总线，总线呈现高水平，告诉主机执行完毕

复制代码

#include<reg51.h>
#include"ds18b20.h"
#include"delay.h"
#include"uart.h"

#define DQ_PIN_LOW 	 (P3 &=~(1<<7))
#define DQ_PIN_HIGH  (P3 |=(1<<7))
#define DQ_PIN_CHECK 	((P3 & (1<<7))!=0)	// 检测DQ引脚是否为高电平

int ds18b20_reset(void)
{
    int time=0;

	 // 主机向ds18b20发送复位脉冲
	DQ_PIN_LOW;
	Delay10us(70);
	DQ_PIN_HIGH;
	Delay10us(5);

	// 等待低电平到来，ds18b20拉低总线
	while(DQ_PIN_CHECK && time<30)
	{
		Delay10us(1);
		time++;
	}
	if (time >= 30)
    {
   		uart_sendstr("wait ds18b20_low timeout!\r\n");
   		return -1;
    }

	// 等待高电平到来，ds18b20释放总线
    time = 0;
    while (!DQ_PIN_CHECK && time < 30)
    {
   		Delay10us(1); 
		time++;  	
    }
    if (time >= 30)
    {
   		uart_sendstr("wait ds18b20_high timeout!\r\n");
		return -2;
    }

	return 1;
}

（2）写0时间片与写1时间片

写0时序

1.主机首先将总线拉低小于15us，告诉从机开始写数据，然后持续拉低60us，驱动 '0' 的低电平到总线上

2.ds18b20在30us---60us内进行采样，此时总线如果是低水平，则ds18b20读0

3.主机释放总线，呈现高水平

写1时序

1.主机将总线拉低小于15us，告诉从机开始写数据，然后释放总线，呈现高水平，驱动"1"电平到总线上，从机此时释放总线

2.ds18b20在拉高后45us内进行采样，此时总线如果是高水平，则ds18b20读1

复制代码

void write_ds18b20(unsigned char dat)
{
	int i=0;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		if(dat & 1)
		{
			DQ_PIN_LOW;
			_nop_();
			_nop_();
			DQ_PIN_HIGH;
			Delay10us(5);
		}
		else
		{
			DQ_PIN_LOW;
			Delay10us(6);
			DQ_PIN_HIGH;
		}
		dat >>= 1;
	}	
}

（3）读0时间片与读1时间片

读0时序

1.主机拉低总线，持续1us，释放总线

2.ds18b20在主机释放总线后，主动拉低总线（表示传输'0'）

3.主机在15us内进行采样，此时总线为低电平，主机读到0

读1时序

1.主机拉低总线，持续1us，释放总线

2..ds18b20释放总线，总线由上拉电阻拉为高电平

3.主机在15us内采样，此时总线为高电平，主机读到1

复制代码

unsigned char read_ds18b20(void)
{
	unsigned char dat = 0;
	int i = 0;

	for (i = 0; i < 8; i++)
	{
		DQ_PIN_LOW;
 		_nop_();
		_nop_();
          //主机发起读时序，告诉 DS18B20 "我要读数据了"
		DQ_PIN_HIGH;					
 		_nop_();
		_nop_();
 		_nop_();
           //释放总线，让 DS18B20 驱动数据线
        DS18B20 会在主机释放总线后：
       - 在 1-3μs 内驱动数据线
       - 发送 '0'：拉低总线（低电平）
       - 发送 '1'：释放总线（高电平）
		
		if (DQ_PIN_CHECK)  // 读到ds18b20发送的'1'
		{
			 dat |= (1 << i);
		}		
	
		Delay10us(6);		
	}

	return dat;
}