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