51单片机DS18B20温度传感器详解

DS18B20是一种单总线数字温度传感器，测试温度范围-55℃-125℃，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。单总线，意味着没有时钟线，只有一根通信线。单总线读写数据是靠控制起始时间和采样时间来完成，所以时序要求很严格，这也是DS18B20驱动编程的难点。

一.DS18B20温度传感器

1.引脚图



2.DS18B20内部结构图



主要由2部分组成：64位ROM、9字节暂存器，如图所示。

(1) 64 位ROM。它的内容是64 位序列号，它可以被看作是该DS18B20 的地址序列码，其作用是使每个DS18B20 都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20 的目的。

(2) 9字节暂存器包含：温度传感器、上限触发TH高温报警器、下限触发TL低温报警器、高速暂存器、8位CRC产生器。

3.64位ROM结构图



8位CRC:是单总线系列器件的编码，DS18B20定义为28H。

48位序列号：是一个唯一的序列号。

8位系列码：由CRC产生器生产，作为ROM中的前56位编码的校验码。

4.9字节暂存器结构图



以上是内部9 个字节的暂存单元（包括EEPROM）。

字节0~1 是温度存储器，用来存储转换好的温度。

字节2~3 是用户用来设置最高报警和最低报警值。这个可以用软件来实现。

字节4 是配置寄存器，用来配置转换精度，让它工作在9~12 位。

字节5~7 保留位。

字节8 CRC校验位。是64位ROM中的前56位编码的校验码。由CRC发生器产生。

5.温度寄存器结构图



温度寄存器由两个字节组成，分为低8位和高8位。一共16位。

其中，第0位到第3位，存储的是温度值的小数部分。

第4位到第10位存储的是温度值的整数部分。

第11位到第15位为符号位。全0表示是正温度，全1表示是负温度。

表格中的数值，如果相应的位为1，表示存在。如果相应的位为0，表示不存在。

6.配置寄存器



精度值：

9-bit 0.5℃

10-bit 0.25℃

11-bit 0.125℃

12-bit 0.0625℃

7.温度/数据关系



注意：如果温度是一个负温度，要将读到的数据减一再取反

二.单总线协议

1.单总线通信初始化



初始化时序包括：主机发出的复位脉冲和从机发出的应答脉冲。主机通过拉低单总线480-960μs产生复位脉冲；然后由主机释放总线，并进入接收模式。主机释放总线时，会产生一由低电平跳变为高电平的上升沿，单总线器件检测到该上升沿后，延时15～60μs，接着单总线器件通过拉低总线60～240μsμ来产生应答脉冲。主机接收到从机的以应答脉冲后，说明有单总线器件在线，到此初始化完成。然后主机就可以开始对从机进行ROM命令和功能命令操作。

2.位写入时序



写时隙：当主机把数据线从逻辑高电平拉到逻辑低电平的时候，写时间隙开始。有两种写时间隙：写1的时间隙和写0时间隙。所有写时间隙必须最少持续60us,包括两个写周期间至少1us的恢复时间。DQ引脚上的电平变低后，DS18B20在一个15us到60us的时间窗口内对DQ引脚采样。如果DQ引脚是高电平，就是写1，如果DQ引脚是低电平，就是写0。主机要生成一个写1时间隙，必须把数据线拉到低电平然后释放，在写时间隙开始后的15us内允许数据线拉到高电平。主机要生成一个写0时间隙，必须把数据线拉到低电平并保持60us。

3.位读取时序



当主机把总线从高电平拉低，并保持至少1us后释放总线；并在15us内读取从DS18B20输出的数据。

4.DS18B20的ROM操作命令

用途：主要是用于选定在单总线上的DS18B20，分为5个命令

（1）.读出ROM，代码为33H，用于读出DS18B20的序列号，即64位激光ROM代码。

（2）.匹配ROM，代码为55H，用于识别（或选中）某一特定的DS18B20进行操作。

（3）.搜索ROM，代码为F0H，用于确定总线上的节点数以及所有节点的序列号。

（4）.跳过ROM，代码为CCH，当总线仅有一个DS18B20时，不需要匹配 。

（5）.报警搜索，代码为ECH，主要用于鉴别和定位系统中超出程序设定的报警温度界限的节点。

三.驱动程序

测试平台：

单片机：STC89C52RC，晶振12MHZ

#include<reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit DQ=P3^7;  //定义数据线

void delay_us(uchar n)    //延时约16微妙
{
while(n--);
}

1.初始化

void DS18B20_init()
{
DQ=1;
delay_us(1);     //稍作延时
DQ=0;
delay_us(80);    //延时480到960us
DQ=1;
i = 0;
while(DQ)    //等待DS18B20拉低总线
{
delay_us(100);
i++;
if(i>5)//约等待>5MS
{
return 0;//初始化失败
}
}
}

2.写字节

void write_byte(uchar dat)   //写一个字节
{
uchar i;
for(i=0;i<8;i++)
{
DQ=0;  //每写入一位数据之前先把总线拉低1us
_nop_();
DQ=dat&0x01;    //取最低位写入
delay_us(10);   //延时68us，持续时间最少60us
DQ=1;   //然后释放总线
dat=dat>>1;    //从低位开始写
}
delay_us(10);
}

3.读字节

uchar read_byte()    //读一个字节
{
uchar i,dat=0;
for(i=0;i<8;i++)
{
DQ=0;  //先将总线拉低1us
_nop_();
DQ=1;  //然后释放总线
_nop_();_nop_();
_nop_();_nop_();
if(DQ) dat=dat|0x80;   //每次读一位
dat=dat>>1;       //从最低位开始读
delay_us(10);   //读取完之后等待48us再接着读取下一个数
}
return dat;
}

4.读温度

uint read_temper ()
{
uchar a,b;
uint t=0;
DS18B20_init();
delay_us(15);
write_byte(0xcc);   //跳过ROM操作命令
write_byte(0x44);     //发送启动温度转换命令
DS18B20_init();
delay_us(15);
write_byte(0xcc);    //跳过ROM操作命令
write_byte(0xbe);      //发送读温度寄存器命令
a=read_byte();    //先读低八位
b=read_byte();      //再读高八位
t=b;
t<<=8;      //左移八位
t=t|a;      //t为16位的数，使高八位为b的值，低八位为a的值
return t;    //返回温度值
}

5.温度转换

uint temper_change()
{
uint temper;
float tp;
temper=temper_read();
if(temper<0)    //考虑负温度的情况
{
temper=temper-1;
temp=~temp;
tp=temper*0.0625;  //16位温度转换成10进制的温度
temper=tp*100+0.5;   //留两个小数点，并四舍五入
}
else
{
tp=temper*0.0625;  //16位温度转换成10进制的温度
temper=tp*100+0.5;  //留两个小数点，并四舍五入
}
return temper;
}

注意：在主函数中调用temper_change()函数返回的temper即为温度值。由于单总线对时序要求严格，我们的延时函数可能并不适用于你的单片机，所以请根据需要自行进行修改