ds18b20详解及程序.docx
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ds18b20详解及程序
最近都在学习和写单片机的程序,今天有空又模仿DS18B20温度测量显示实验写了一个与DS18B20基于单总线通信的程序.
DS18B20数字温度传感器（参考:
智能温度传感器DS18B20的原理与应用）是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。
因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计。
DS18B20产品的特点:
（1）、只要求一个I/O口即可实现通信。
（2）、在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。
（3）、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。
（4）、测量温度范围在－55到＋125℃之间;在-10~+85℃范围内误差为±5℃;
（5）、数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。
将12位的温度值转换为数字量所需时间不超过750ms;
（6）、内部有温度上、下限告警设置。
DS18B20引脚分布图
DS18B20详细引脚功能描述:
1、GND地信号；
2、DQ数据输入出引脚。
开漏单总线接口引脚。
当被用在寄生电源下，此引脚可以向器件提供电源；漏极开路,常太下高电平.通常要求外接一个约5kΩ的上拉电阻.
3、VDD可选择的VDD引脚。
电压范围:
3~;当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。
DS18B20存储器结构图
暂存储器的头两个字节为测得温度信息的低位和高位字节;
第3,4字节是TH和TL的易失性拷贝,在每次电复位时都会被刷新;
第5字节是配置寄存器的易失性拷贝,同样在电复位时被刷新;
第9字节是前面8个字节的CRC检验值.
配置寄存器的命令内容如下:
0
R1
R0
1
1
1
1
1
MSB LSB
R0和R1是温度值分辨率位,按下表进行配置.默认出厂设置是R1R0=11,即12位.
温度值分辨率配置表
R1
R0
分辨率
最大转换时间（ms）
0
0
9bit
（tconv/8）
0
1
10bit
（tconv/4）
1
0
11bit
375（tconv/2）
1
1
12bit
750（tconv）
4种分辨率对应的温度分辨率为0.5℃,0.25℃,0.125℃,0.0625℃（即最低一位代表的温度值）
12位分辨率时的两个温度字节的具体格式如下:
低字节:
2^3
2^2
2^1
2^0
2^-1
2^-2
2^-3
2^-4
高字节:
S
S
S
S
S
2^6
2^5
2^4
其中高字节前5位都是符号位S,若分辨率低于12位时,相应地使最低为0,如:
当分辨率为10位时,低字节为:
2^3
2^2
2^1
2^0
2^-1
2^-2
0
0
高字节不变....
一些温度与转换后输出的数字参照如下:
温度
数字输出
换成16进制
+125℃
00000111
07D0H
+85℃
0000010101010000
0550H
+25.0625℃
00000001
0191H
+10.125℃
00000000
00A2H
+0.5℃
0000000000001000
0008H
0℃
0000000000000000
0000H
-0.5℃
FFF8H
-10.125℃
01011110
FFE5H
-25.0625℃
01101111
FF6FH
-55℃
FC90H
由上表可看出,当输出是负温度时,使用补码表示,方便计算机运算（若是用C语言,直接将结果赋值给一个int变量即可）.
DS18B20的使用方法:
由于DS18B20采用的是1－Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对单片机来说，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。
由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。
DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。
该协议定义了几种信号的时序：
初始化时序（dsInit（）实现）、读时序（readByte（））、写时序（writeByte（））。
所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。
而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。
数据和命令的传输都是低位在先。
DS18B20与单片机连接电路图:
利用软件模拟DS18B20的单线协议和命令:
主机操作DS18B20必须遵循下面的顺序
1.初始化
单线总线上的所有操作都是从初始化开始的.过程如下:
1）请求:
主机通过拉低单线480us以上,产生复位脉冲,然后释放该线,进入Rx接收模式.主机释放总线时,会产生一个上升沿脉冲.
DQ:
1->0（480us+）->1
2）响应:
DS18B20检测到该上升沿后,延时15~60us,通过拉低总线60~240us来产生应答脉冲.
DQ:
1（15~60us）->0（60~240us）
3）接收响应:
主机接收到从机的应答脉冲后,说明有单线器件在线.至此,初始化完成.
DQ:
0
2.ROM操作命令
当主机检测到应答脉冲,便可发起ROM操作命令.共有5类ROM操作命令,如下表
命令类型
命令字节
功能
ReadRom 读ROM
33H
读取激光ROM中的64位,只能用于总线上单个DS18B20器件情况,多挂时会发生数据冲突
MatchRom匹配ROM
55H
此命令后跟64位ROM序列号,寻址多挂总线上的对应DS18B20.只有序列号完全匹配的DS18B20才能响应后面的内存操作命令,其他不匹配的将等待复位脉冲.可用于单挂或多挂两种情况.
SkipRom 跳过ROM
CCH
可无须提供64位ROM序列号即可运行内存操作命令,只能用于单挂.
SearchRom搜索ROM
F0H
通过一个排除法过程,识别出总线上所有器件的ROM序列号
AlarmSearch告警搜索
ECH
命令流程与SearchRom相同,但DS18B20只有最近的一次温度测量时满足了告警触发条件的,才会响应此命令.
3.内存操作命令
在成功执行ROM操作命令后,才可使用内存操作命令.共有6种内存操作命令:
命令类型
命令字节
功能
WriteScratchpad
写暂存器
4EH
写暂存器中地址2~地址4的3个字节（TH,TL和配置寄存器）在发起复位脉冲之前,3个字节都必须要写.
ReadScratchpad
读暂存器
BEH
读取暂存器内容,从字节0~一直到字节8,共9个字节,主机可随时发起复位脉冲,停止此操作,通常我们只需读前5个字节.
CopyScratchpad
复制暂存器
48H
将暂存器中的内容复制进EERAM,以便将温度告警触发字节存入非易失内存.如果此命令后主机产生读时隙,那么只要器件还在进行复制都会输出0,复制完成后输出1.
ConvertT
温度转换
44H
开始温度转换操作.若在此命令后主机产生时隙,那么只要器件还在进行温度转换就会输出0,转换完成后输出1.
RecallE2
重调E2暂存器
B8H
将存储在EERAM中的温度告警触发值和配置寄存器值重新拷贝到暂存器中,此操作在DS18B20加电时自动产生.
ReadPowerSupply
读供电方式
B4H
主机发起此命令后每个读数时隙内,DS18B20会发信号通知它的供电方式:
0寄生电源,1外部供电.
4.数据处理
DS18B20要求有严格的时序来保证数据的完整性.在单线DQ上,有复位脉冲,应答脉冲,写0,写1,读0,读1这6种信号类型.除了应答脉冲外,其它都由主机产生.数据位的读和写是通过读、写时隙实现的.
1）写时隙:
当主机将数据线从高电平拉至低电平时,产生写时隙.所有写时隙都必须在60us以上,各写时隙间必须保证1us的恢复时间.
写"1":
主机将数据线DQ先拉低,然后释放15us后,将数据线DQ拉高;
写"0":
主机将DQ拉低并至少保持60us以上.
2）读时隙:
当主机将数据线DQ从高电平拉至低电平时,产生读时隙.所有读时隙最短必须持续60us,各读时隙间必须保证1us的恢复时间.
读:
主机将DQ拉低至少1us,.此时主机马上将DQ拉高,然后就可以延时15us后,读取DQ即可.
源代码:
（测量范围:
0~99度）
DS18B20
1#include <>
23f4f7f6f7c 14void delay（unsigned char i）
15{
16 unsigned char j, k;
17 for（j = i; j > 0; j--）
18 {
19 for（k = 125; k > 0; k--）;
20 }
21}
22
23 18void delay（unsigned int i）
19{
20 unsigned int j;
21 while（i--）
22 {
23 for（j = 0; j < 125; j++）;
24 }
25}
26
27//初始化DS18B20
28//让DS18B20一段相对长时间低电平, 然后一段相对非常短时间高电平, 即可启动
29void dsInit（）
30{
31 //对于时钟, unsigned int型的i, 作一个i++操作的时间大于为8us
32 unsigned int i;
33 ds = 0;
34 i = 100; //拉低约800us, 符合协议要求的480us以上
35 while（i>0） i--;
36 ds = 1; //产生一个上升沿, 进入等待应答状态
37 i = 4;
38 while（i>0） i--;
39}
40
41void dsWait（）
42{
43 unsigned int i;
44 while（ds）;
45 while（~ds）; //检测到应答脉冲
46 i = 4;
47 while（i > 0） i--;
48}
49
50//向DS18B20读取一位数据
51//读一位, 让DS18B20一小周期低电平, 然后两小周期高电平,
52//之后DS18B20则会输出持续一段时间的一位数据
53bit readBit（）
54{
55 unsigned int i;
56 bit b;
57 ds = 0;
58 i++; //延时约8us, 符合协议要求至少保持1us
59 ds = 1;
60 i++; i++; //延时约16us, 符合协议要求的至少延时15us以上
61 b = ds;
62 i = 8;
63 while（i>0） i--; //延时约64us, 符合读时隙不低于60us要求
64 return b;
65}
66
67//读取一字节数据, 通过调用readBit（）来实现
68unsigned char readByte（）
69{
70 unsigned int i;
71 unsigned char j, dat;
72 dat = 0;
73 for（i=0; i<8; i++）
74 {
75 j = readBit（）;
76 //最先读出的是最低位数据
77 dat = （j << 7） | （dat >> 1）;
78 }
79 return dat;
80}
81
82//向DS18B20写入一字节数据
83void writeByte（unsigned char dat）
84{
85 unsigned int i;
86 unsigned char j;
87 bit b;
88 for（j = 0; j < 8; j++）
89 {
90 b = dat & 0x01;
91 dat >>= 1;
92 //写"1", 将DQ拉低15us后, 在15us~60us内将DQ拉高, 即完成写1
93 if（b）
94 {
95 ds = 0;
96 i++; i++; //拉低约16us, 符号要求15~60us内
97 ds = 1;
98 i = 8; while（i>0） i--; //延时约64us, 符合写时隙不低于60us要求
99 }
100 else //写"0", 将DQ拉低60us~120us
101 {
102 ds = 0;
103 i = 8; while（i>0） i--; //拉低约64us, 符号要求
104 ds = 1;
105 i++; i++; //整个写0时隙过程已经超过60us, 这里就不用像写1那样, 再延时64us了
106 }
107 }
108}
109
110//向DS18B20发送温度转换命令
111void sendChangeCmd（）
112{
113 dsInit（）; //初始化DS18B20, 无论什么命令, 首先都要发起初始化
114 dsWait（）; //等待DS18B20应答
115 delay
（1）; //延时1ms, 因为DS18B20会拉低DQ 60~240us作为应答信号
116 writeByte（0xcc）; //写入跳过序列号命令字 Skip Rom
117 writeByte（0x44）; //写入温度转换命令字 Convert T
118}
119
120//向DS18B20发送读取数据命令
121void sendReadCmd（）
122{
123 dsInit（）;
124 dsWait（）;
125 delay
（1）;
126 writeByte（0xcc）; //写入跳过序列号命令字 Skip Rom
127 writeByte（0xbe）; //写入读取数据令字 Read Scratchpad
128}
129
130//获取当前温度值
131int getTmpValue（）
132{
133 unsigned int tmpvalue;
134 int value; //存放温度数值
135 float t;
136 unsigned char low, high;
137 sendReadCmd（）;
138 //连续读取两个字节数据
139 low = readByte（）;
140 high = readByte（）;
141 //将高低两个字节合成一个整形变量
142 //计算机中对于负数是利用补码来表示的
143 //若是负值, 读取出来的数值是用补码表示的, 可直接赋值给int型的value
144 tmpvalue = high;
145 tmpvalue <<= 8;
146 tmpvalue |= low;
147 value = tmpvalue;
148
149 //使用DS18B20的默认分辨率12位, 精确度为度, 即读回数据的最低位代表度
150 t = value * ;
151 //将它放大100倍, 使显示时可显示小数点后两位, 并对小数点后第三进行4舍5入
152 //如t=, 进行计数后, 得到value = 1106, 即 度
153 //如t=, 进行计数后, 得到value = -1106, 即 度
154 value = t * 100 + （value > 0 :
; //大于0加, 小于0减
155 return value;
156}
157
158unsigned char const timeCount = 3; //动态扫描的时间间隔
159//显示当前温度值, 精确到小数点后一位
160//若先位选再段选, 由于IO口默认输出高电平, 所以当先位选会使数码管出现乱码
161void display（int v）
162{
163 unsigned char count;
164 unsigned char datas[] = {0, 0, 0, 0, 0};
165 unsigned int tmp = abs（v）;
166 datas[0] = tmp / 10000;
167 datas[1] = tmp % 10000 / 1000;
168 datas[2] = tmp % 1000 / 100;
169 datas[3] = tmp % 100 / 10;
170 datas[4] = tmp % 10;
171 if（v < 0）
172 {
173 //关位选, 去除对上一位的影响
174 P0 = 0xff;
175 wela = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量
176 wela = 0;
177 //段选
178 P0 = 0x40; //显示"-"号
179 dula = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量
180 dula = 0;
181
182 //位选
183 P0 = 0xfe;
184 wela = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量
185 wela = 0;
186 delay（timeCount）;
187 }
188 for（count = 0; count !
= 5; count++）
189 {
190 //关位选, 去除对上一位的影响
191 P0 = 0xff;
192 wela = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量
193 wela = 0;
194 //段选
195 if（count !
= 2）
196 {
197 /* if（（count == 0 && datas[count] == 0）
198 || （（count == 1 && datas[count] == 0） && （count == 0 && datas[count - 1] == 0）））
199 {
200 P0 = 0x00; //当最高位为0时, 不作显示
201 }
202 else*/
203 P0 = table[datas[count]]; //显示数字
204 }
205 else
206 {
207 P0 = tableWidthDot[datas[count]]; //显示带小数点数字
208 }
209 dula = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量
210 dula = 0;
211
212 //位选
213 P0 = _crol_（0xfd, count）; //选择第（count + 1） 个数码管
214 wela = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量
215 wela = 0;
216 delay（timeCount）;
217 }
218}
219
220void main（）
221{
222 unsigned char i;
223
224 while
（1）
225 {
226 //启动温度转换
227 sendChangeCmd（）;
228 //显示5次
229 for（i = 0; i < 40; i++）
230 {
231 display（tempValue）;
232 }
233 tempValue = getTmpValue（）;
234 }
235}
改进后的效果图:
只有一位小数
两位小数, 并消除下一位对上一位的影响
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