DS18B20应用篇详细解说.docx
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DS18B20应用篇详细解说
板外的第一个扩展——DS18B20温度测量
（1）理论知识
DS18B20数字温度测量传感器，网上介绍很多，我就不罗嗦了。
见图
DS18B20与前产品DS1820的不同：
DS18B20继承了DS1820的全部优点，并做了如下改进1.供电范围扩大为3.0--5.5V。
2.温度分辨力可编程。
3.转换速率有很大提高.4.内部存储器映射关系发生变化。
5.具有电源反接保护电路。
5.体积减小一半。
对我们使用来说最大的不同就是DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率数字值，而DS1820为固定的9位数字值，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。
。
电路的接法：
DS18B20说明书上介绍了几种电路的接法，但我这里就说最常用的一种接法见图：
先介绍一下DS18B20内部的结构：
常规的内部逻辑图我就不说了，只说说跟我们使用直接相关的内容。
DS18B20的内部存储资源分为8个字节的ROM、9个字节的RAM、3个字节的EEPROM如下图：
一、ROM：
在DS18B20内部光刻了一个长度为64bit的ROM，这个编码是器件的身份识别标志。
如下图：
64位光刻ROM的排列是：
开始（最低）8位是产品类型标号，对于DS18B20来说就是（28H），接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。
光刻ROM的作用是使每一个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。
二、RAM：
高速暂存存储器（RAM）由9个字节组成，包含了8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。
第三个和第四个字节是温度高限TH、温度低限TL暂存区，第五个字节是配置寄存器暂存区，第6、7、8字节是系统保留用，就相当于DS18B20的运算内存，第九个字节是冗余检验字节。
其分配如下表所示。
①、第0和第1字节：
当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。
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。
对应的温度计算：
当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。
这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625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再乘于0.0625即可得到实际温度。
看下图
例如+125℃的数字输出为07D0H，十进制是2000，乘以0.0625就等于125℃。
同样+25.0625℃的数字输出为0191H，十进制为401，乘以0.0625就得出25.0625℃了。
-55℃的数字输出为FC90H，因为符号位为1，先将111111*********0取反，得1101101111，再加一得1101110000，十进制为880，乘以0.0625就得55，为负值，即－55℃。
② 第2第3字节：
RAM的第2、3、4字节和EEPROM的三个字节是对应的，内容是相同的，只是RAM因为是暂存器，失电后数据就丢失了。
而EEPROM是电擦除只读存储器，失电后数据不会丢失。
在工作时得到复位命令后就从EEPROM复制一份数据到RAM的第2、3、4字节内，作为我们进行报警搜索、改写报警值和改写器件设置用，我们从外部只能对RAM进行操作，EEPROM只能从RAM复制而得到要保存的数据。
第2字节为报警值高限TH，第3字节为报警值低限。
DS18B20完成一次温度转换后，就拿温度值和存储在TH和TL中的值进行比较，因为这些寄存器是8位的，所以小数位被忽略不计。
TH或TL的最高有效位直接对应16位温度寄存器的符号位。
如果测得的温度高于TH或低于TL，器件内部就会置位一个报警标识。
每进行一次测温就对这个标识进行一次更新。
当报警标识置位时，DS18B20会对报警搜索命令有反应。
这样就允许许多DS18B20并联在一起同时测温，如果某个地方温度超过了限定值。
报警的器件就会被立即识别出来并读取。
而不用读未报警的器件。
③ 第4字节配置寄存器：
第4字节的配置寄存器是用来设置DS18B20的工作模式和测量精度的，其内容如下图：
低五位一直都是"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，用户不要去改动。
R1和R0用来设置分辨率，如下图所示：
（DS18B20出厂时被设置为12位）
我们使用时可以跟据实际需要通过修改RAM第4字节的R0和R1的值来DS18B20的温度测量精度。
需要保存这种设置时，还要用一条复制命令将RAM内的数据复制到EEPROM内。
④ 第5、6、7、8字节：
前面我们已经说过。
RAM的第5、6、7字节是器件的保留字节，就相当于器件内部转换运算时所用的内存。
第8字节是循环冗余校验字节。
它是前面8个字节的CRC值。
起着对前面字节的校验作用。
三、EEPROM：
EEPROM只有三个字节，和RAM的第2、3、4字节的内容相对应，它的作用就是存储RAM第2、3、4字节的内容，以使这些数据在掉电后不丢失。
可能通过几条命令将RAM的该3个字节内容复制到EEPROM或从EEPROM将该3个字节内容复制到RAM的第2、3、4字节去。
因为我们从外部想改写报警值和器件的设置都是只对RAM进行操作的。
要保存这些设置后的数据就还要用相应的命令将RAM的数据复制到EEPROM去。
好了，下面说说对DS18B20的操作都有哪些命令：
对DS18B20的操作分为对ROM的操作和对RAM的操作。
列表见下图：
实际操作的具体实现：
DS18B20是单总线器件，通讯协议包括几种单线信号类型：
复位脉冲、存在脉冲、写0、写1、读0、读1。
所有这些信号，除存在脉冲外，其余都是由总线控制器（单片机）发出的。
根据DS18B20的通讯协议，主机（单片机）控制DS18B20完成一次操作经过三个步骤：
①要对DS18B20进行复位操作，②复位成功后发送一条ROM指令，③最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。
① 对DS18B20复位操作：
主机（单片机）和DS18B20间的任何通讯都需要以初始化序列开始，初始化序列就是主机发出一个复位脉冲跟着检测一个DS18B20的存在脉冲，表明DS18B20已经准备好发送和接收数据。
初始化序列见下图：
主机首先发出一个480－960微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的480微秒时间内对总线进行检测，如果有低电平出现说明总线上有器件已做出应答。
若无低电平出现一直都是高电平说明总线上无器件应答。
做为从器件的DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有480－960微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待15－60微秒后将总线电平拉低60－240微秒做出响应存在脉冲，告诉主机本器件已做好准备。
若没有检测到就一直在检测等待。
② 对DS18B20的写和读操作：
接下来就是主机发出各种操作命令，但各种操作命令都是向DS18B20写0和写1组成的命令字节，接收数据时也是从DS18B20读取0或1的过程。
因此首先要搞清主机是如何进行写0、写1、读0和读1的。
写周期最少为60微秒，最长不超过120微秒。
写周期一开始做为主机先把总线拉低1微秒表示写周期开始。
随后若主机想写0，则继续拉低电平最少60微秒直至写周期结束，然后释放总线为高电平。
若主机想写1，在一开始拉低总线电平1微秒后就释放总线为高电平，一直到写周期结束。
而做为从机的DS18B20则在检测到总线被拉底后等待15微秒然后从15us到45us开始对总线采样，在采样期内总线为高电平则为1，若采样期内总线为低电平则为0。
对于读数据操作时序也分为读0时序和读1时序两个过程。
读时隙是从主机把单总线拉低之后，在1微秒之后就得释放单总线为高电平，以让DS18B20把数据传输到单总线上。
DS18B20在检测到总线被拉低1微秒后，便开始送出数据，若是要送出0就把总线拉为低电平直到读周期结束。
若要送出1则释放总线为高电平。
主机在一开始拉低总线1微秒后释放总线，然后在包括前面的拉低总线电平1微秒在内的15微秒时间内完成对总线进行采样检测，采样期内总线为低电平则确认为0。
采样期内总线为高电平则确认为1。
完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。
（为什么不可以像写时序那样将采样时间放在读周期开始后的第15微秒到45微秒之间呢。
虽然目前这样也不是不可以，但总觉得不安全。
有点悬啊！
）
DS18B20的说明书上也说，由于主机拉低总线电平时间Tint、释放总线时的恢复时间TRC与采样时间Tsample之和必须小于15微秒。
如下图13。
为了使读出数据更可靠，说明书上建议Tint和TRC保持时间尽可能小，把控制器采样时间放到15微秒周期的最后。
如下图14。
（要是像写周期那样不就从容了，何必搞得紧紧张张的，唉！
）
好！
弄清了如何复位，如何写1写0和读1读0，我们现在就要看看在总线上如何进行实际的运用。
例如，我们做两个操作，第一个是让DS18B20进行一次温度的转换。
第二是读取RAM内的温度。
① 让DS18B20进行一次温度的转换。
前面已经讲过每一个对DS18B20的操作都要有三个步骤。
一是复位操作。
二是对ROM的操作。
三是对RAM的操作。
现在我们要做的是让DS18B20进行一次温度的转换，那具体的操作就是：
1、主机先作个复位操作，2、主机再写跳过ROM的操作（CCH）命令，3、然后主机接着写个转换温度的操作命令，后面释放总线至少一秒，让DS18B20完成转换的操作。
在这里要注意的是每个命令字节在写的时候都是低字节先写，例如CCH的二进制为11001100，在写到总线上时要从低位开始写，写的顺序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹”。
整个操作的总线状态如下图。
② 读取RAM内的温度数据。
同样，这个操作也要接照三个步骤。
1、主机发出复位操作并接收DS18B20的应答（存在）脉冲。
2、主机发出跳过对ROM操作的命令（CCH）。
3、主机发出读取RAM的命令（BEH），随后主机依次读取DS18B20发出的从第0一第8，共九个字节的数据。
如果只想读取温度数据，那在读完第0和第1个数据后就不再理会后面DS18B20发出的数据即可。
同样读取数据也是低位在前的。
整个操作的总线状态如下图：
在这里得说明一下，第二步跳过对ROM操作的命令是在总线上只有一个器件时，为节省时间而简化的操作，若总线上不止一个器件，那么跳过ROM操作命令将会使几器件同时响应，这样就会出现数据冲突。
板外的第一个扩展——DS18B20温度测量
（2）实际制做
这个扩展，电路很简单，板子就不用做了吧！
把电路焊好就行了。
这个是原理图：
实际接线图如下：
接好的实物图如下：
接下来就是写程序了，我们还是一步步地来完成：
① 向总线发出复位信号：
sbitTMDAT=P1^1; //设P1.1为TMDAT
voidtmreset（void）
{
uinti;
TMDAT=0; //将总线拉低
i=103;
while（i>0）i--; //延时700微秒
TMDAT=1; //释放总线
i=4;
while（i>0）i--; //延时40微秒
}
②检测总线上是否有器件应答（是否有存在信号）：
voidtmpre（void）
{
uinti;
while（TMDAT）; //检测低电平的存在。
否则一直循环。
while（~TMDAT）;//检测高电平的存在。
否则一直循环。
i=4;
while（i>0）i--; //延时
}
这段程序就是检测一个先低后高的脉冲的存在。
说明有器件应答了。
③从DS18B20上读一个bit
bittmrbit（void）
{
uinti;
bitdat;
TMDAT=0; //先将总线拉低
i++; //延时一微秒
TMDAT=1; //释放总线
i++;
i++; //延时两微秒
dat=TMDAT; //读取总线
i=8;
while（i>0）i--; //延时
return（dat）;
}
④向总线写一个bit
voidtmwbit（bittestb）
{
if（testb） //如果是1
{TMDAT=0; //先拉低总线
i++;i++; //延时2微秒
TMDAT=1; //释放总线
i=8;
while（i>0）i--; //延时40微秒
}
else //如果是0
{TMDAT=0; //先拉低总线
i=8;
while（i>0）i--; //延时40微秒
TMDAT=1; //释放总线
i++;i++; //延时2微秒
}
}
我这么写大家能看懂吧！
与单片机连接图：
好！
现在上完整的程序：
（要慢慢的读了）
//LCD12864
//**********************************************************
//连线表:
CPU=89C51 SysClock=12MHz *
//RS=P2.0 R/W=P2.1 E=P2.2 CS1=P2.3 CS2=P2.4 *
//DB0-DB7=P3.0-P3.7 /Reset=InBoard *
//**********************************************************
//DS18B20
//**********************************************************
//连线表:
CPU=89C51 SysClock=12MHz *
//单总线：
TMDAT=P1.1
//
//**********************************************************
#include
#include
#include
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
/********************LCD引脚定义********************/
#defineDataPortP3 //LCD128*64I/O信号管脚
sbit RS=P2^0; //数据指令
sbit RW=P2^1; //读写
sbit E =P2^2; //使能
sbit CSL=P2^3; //左片选
sbit CSR=P2^4; //右片选
ucharPage; //页地址
ucharCol; //列地址
ucharcodeASC_5x7[]; //5×7阵点字模
ucharstr[4]; //char的值转换成字符串
/********************DS18B20引脚定义********************/
sbitTMDAT=P1^1;
/********************DS18B20函数定义*******************/
voiddmsec（uintcount）;//延时（count）毫秒
voidtmreset（void）; //产生复位信号
voidtmpre（void）; //检测器件应答信号
bittmrbit（void）; //从总线读一个bit
uchartmrbyte（void）; //从总线读一个字节
voidmwbyte（uchardat）;//向总线写一个字节
voidtmstart（void）; //启动一次温度转换
uchartmrtemp（void）; //读取温度数据
/********************LCD函数定义*******************/
voidBusyL（void）; //左屏检测忙
voidBusyR（void）; //右屏检测忙
voidCheckBusy（void）; //读取忙信号
voidDelay（uintMS）; //延时
voidLocatexy（void）; //将屏幕横向0-12纵向0－7转换成左、右屏的的X、Y
voidWriteCommandL（ucharCommandByte）; //向左屏写入指令
voidWriteCommandR（ucharCommandByte）; //向右屏写入指令
ucharReadData（void）; //读数据
voidWriteData（ucharDataByte）; //写数据
voidLcmClear（void）; //清屏
voidLcmInit（void）; //初始化
uchar*uchartostr（unsignedcharunm）; //将值转成字符串
voidLcmPutAsc（ucharasc）; //显示一个5×7的ASC字符
voidLcmPutstr（ucharrow,uchary,uchar*str）; //在设定位置显示字符串
/*****************DS18B20函数体定义****************/
voiddmsec（uintcount）
{
uinti;
while（count--）
{for（i=0;i<125;i++）{}
}
}
voidtmreset（void）
{
uinti;
TMDAT=0;
i=103;
while（i>0）i--;
TMDAT=1;
i=4;
while（i>0）i--;
}
voidtmpre（void）
{
uinti;
while（TMDAT）;
while（~TMDAT）;
i=4;
while（i>0）i--;
}
bittmrbit（void）
{
uinti;
bitdat;
TMDAT=0;
i++;
TMDAT=1;
i++;
i++;
dat=TMDAT;
i=8;
while（i>0）i--;
return（dat）;
}
uchartmrbyte（void）
{
uchari,j,dat;
dat=0;
for（i=1;i<=8;i++）
{j=tmrbit（）;
dat=（j<<7）|（dat>>1）;
}
return（dat）;
}
voidtmwbyte（uchardat）
{
uinti;
ucharj;
bittestb;
for（j=1;j<=8;j++）
{testb=dat&0x01;
dat=dat>>1;
if（testb）
{TMDAT=0;
i++;i++;
TMDAT=1;
i=8;
while（i>0）i--;
}
else
{TMDAT=0;
i=8;
while（i>0）i--;
TMDAT=1;
i++;i++;
}
}
}
voidtmstart（void）
{
tmreset（）;
tmpre（）;
dmsec
（1）;
tmwbyte（0xcc）;
tmwbyte（0x44）;
}
uchartmrtemp（void）
{
uchara,b,y1,y2,y3;
tmreset（）;
tmpre（）;
dmsec
（1）;
tmwbyte（0xcc）;
tmwbyte（0xbe）;
a=tmrbyte（）;
b=tmrbyte（）;
y1=a>>4;
y2=b<<4;
y3=y1|y2;
return（y3）;
}
/************LCD12864函数体***************/
/***************************/
/*检查Busy */
/***************************/
voidBusyL（void）
{
CSL=1;
CSR=0;
CheckBusy（）;
}
voidBusyR（void）
{
CSL=0;
CSR=1;
CheckBusy（）;
}
voidCheckBusy（void）
{
RS=0; //指令
RW=1;
DataPort=0xFF; //输出0xff以便读取正确
E=1;
_nop_（）;
while（0）;//DataPort&0x80）; //StatusReadBit7=BUSY
E=0;
_nop_（）;
}
/********************************************************/
/*根据设定的坐标数据，定位LCM上的下一个操作单元位置 */
/********************************************************/
voidLocatexy（voi
升级会员 