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1、.3 DS18B20的原理与应用单片机系统除了可以对电信号进行测量外，还可以通过外接传感器对温度信号进行测量。传统的温度检测大多以热敏电阻为传感器，但热敏电阻可靠性差、测量的温度不够准确，且必须经专门的接口电路转成数字信号后才能被单片机处理。DS18B20是一种集成数字温度传感器，采用单总线与单片机连接即可实现温度的测量。本节内容在先介绍DS18B20的工作原理、时序和指令后，然后设计完成一个数字温度计。温度计功能要求采用数码管显示温度，小数点后2位有效数字，实际温度高于某个值时用蜂鸣器报警。3.1 DS18B20工作原理DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的第一片支持“一线总线”接
2、口的温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号供单片机处理，可实现温度的精度测量与控制。DS18B20性能特点见表3-1-1所示。表3-1-1 DS18B20性能指标性能参数备注电源电压范围在3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电测温范围-55+125，在-10+85时精度为0.5分辨率912位，分别有0.5，0.25，0.125和0.0625编程控制转换速度在9位时，小于93.75ms； 12位分辨率时， 小于750ms 总线连接点理论248，实际视延时、距离和干扰限制，最多几十个一、封装外形根据应用领域不同，DS18B
3、20有常见有TO-92、SOP8等封装外形，见图3-1-1所示，表3-1-2给出了TO-92封装的引脚功能，其中DQ引脚是该传感器的数据输入/输出端（I/O），该引脚为漏极开路输出，常态下呈高电平。DQ引脚是该器件与单片机连接进行数据传输单一总线，单总线技术是DS18B20的一个特点。图3-1-1 DS18B20的外形及引脚排列表3-1-2 DS18B20引脚功能描述引脚序号名称描述1GND地信号2DQ数据输入输出（I/O）引脚3Vdd电源输入引脚，当工作于寄生电源模式时，此引脚必须接地二、工作原理DS18B20的内部主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速贮
4、存器、用于存储用户设定的温度上下限值、触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码发生器等7部分。高速寄存器RAM由9个字节的存储器组成。见表3-1-3所示。其中，第0、1字节是温度转换有效位，第0字节的低3位存放了温度的高位，高5位存放温度的正负值；第1字节的高4位存放温度的低位，后4位存放温度的小数部分；第2和第3个字节是DS18B20的与内部E2PROM的有关的TH和TL，用来存储温度上限和下限，可以通过程序设计把温度的上下限从单片机中读到TH和TL中，并通过程序再复制到DS18B20内部E2PROM中，同时TH和TL在器件加电后复制E2PROM的内容；第4个字节是配置寄存器，第4个字节的数
5、字也可以更新；第5，6，7三个字节是保留的。表3-1-3高速寄存器RAM字节地址编号寄存器内容功能0温度值低位（LSB）高5位是温度的正正负号，低3位为温度的高位1温度值高位（MSB）高4位为温度的低位，低4位为温度小数部分2高温度值（TH）设置温度上限3低温度值（TL）设置温度下限4配置寄存器5保留6保留7保留8CRC校验值三、硬件连接DS18B20是单片机外设，单片机为主器件，DS18B20为从器件。图3-1-2的接法是单片机与一个DS18B20通信，单片机只需要一个I/O口就可以控制DS18B20，为了增加单片机I/O口驱动的可靠性，总线上接有上拉电阻。对如果要控制多个DS18B20进行
6、温度采集，只要将所有DS18B20的DQ全部连接到总线上就可以了，在操作时，通过读取每个DS18B20内部芯片的序列号来识别。图3-1-2 单片机与一个DS18B20通信3.2 DS18B20工作时序单总线协议规定一条数据线传输串行数据，时序有严格的控制，对于DS18B20的程序设计，必须遵守单总线协议。DS18B20操作主要分初始化、写数据、读数据。下面分别介绍操作步骤。一、 初始化图3-1-3 DS18B20初始化时序初始化是单片机对DS18B20的基本操作，时序见图3-1-3，主要目的是单片机感知DS18B20存在并为下一步操作做准备，同时启动DS18B20，程序设计根据时序进行。DS1
7、8B20初始化操作步骤为：（1）先将数据线置高电平1，然后延时（可有可无）；（2）数据线拉到低电平0。然后延时750s（该时间范围可以在480960s），调用延时函数决定。（3）数据线拉到高电平1。如果单片机P1.0接DS18B20的DQ引脚，则P1.0 此时设置高电平，称为单片机对总线电平管理权释放。此时，P1.0的电平高低由DS18B20的DQ输出决定；（4）延时等待。如果初始化成功则在1560ms总线上产生一个由DS18B20返回的低电平0，据该状态可以确定它的存在。但是应注意，不能无限地等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时判断。（5）若单片机读到数据线上的低电平0后，说明DS1
8、8B20存在并相应，还要进行延时，其延时的时间从发出高电平算起（第步的时间算起）最少要480s。（6）将数据线再次拉到高电平1，结束初始化步骤。从单片机对DS18B20的初始化过程来看，单片机与DS18B20之间的关系如同有人与人之间对话，单片机要对DS18B20操作，必须先证实DS18B20的存在，当DS18B2响应后，单片机才能进行下面的操作。 二、对DS18B20写数据图3-1-4 18B20的写时序（1）数据线先置低电平0，数据发送的起始信号，时序见图3-1-4（2）延时确定的时间为15s；（3）按低位到高位顺序发送数据（一次只发送一位）。（4）延时时间为45s，等待DS18B20接收
9、；（5）将数据线拉到高电平1，单片机释放总线；（6）重复步骤，直到发送完整个字节；（7）最后将数据线拉高，单片机释放总线。 三、DS18B20读数据图3-1-5 18B20的读时序（1）将数据线拉高，时序图见图3-1-5所示；（2）延时2s，（3）将数据线拉低到0，（4）延时6s，延时时比写数据时间短；（5）将数据线拉高到1，释放总线（6）延时4s（7）读数据线的状态得到一个状态位，并进行数据处理。（8）延时30s。（9）重复步骤，直到读取完一个字节。只有在熟悉了DS18B20操作时序后，才能对器件进行编程，由于DS18B20有器件编号、温度数据有低位高位、另外还有温度的上线限，读取的数据较多
10、，所以DS18B20提供了自己的指令。3.3 DS18B20指令一、ROM操作指令DS18B20指令主要有ROM操作指令、温度操作指令两类。ROM操作指令主要针对DS18B20的内部ROM。每一个DS18B20都有自己独立的编号，存放在DS18B20内部64位ROM中，ROM内容见表3-1-4所示。64位ROM中的序列号是出厂前已经固化好，它可以看做该DS18B20的地址序列码。其各位排列顺序是，开始8位为产品类型标号，接下来48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的CRC循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可
11、以实现一条总线上挂接多个DS18B20的目的。ROM操作指令见表3-1-5表3-1-4 64位 ROM 定义8位CRC码48位序列号8位产品类型标号表3-1-5 ROM操作指令指令代码作用33H读ROM。读DS18B20温度传感器ROM中的编码（即64位地址）55H匹配ROM。发出此命令之后，接着发出64位ROM编码，访问单总线上，与该编码相对应的DS18B20并使之做出响应，为下一步对该DS18B20的读/写做准备F0H搜索ROM。用于确定挂接在同一总线上DS18B20的个数，识别64位ROM地址，为操作各器件做好准备CCH跳过ROM。忽略64位ROM地址，直接向DS18B20发温度变换命令
12、，适用于一个从机工作。ECH告警搜索命令。执行后只有温度超过设定值上限或下限的芯片才做出响应在实际应用中，单片机需要总线上的多个DS18B20中的某一个进行操作时，事前应将每个DS18B20分别与总线连接，先读出读出其序列号；然后再将所有的DS18B20连接到总线上，当单片机发出匹配ROM命令（55H），紧接着主机提供的64位序列，找到对应的DS18B20后，之后的操作才是针对该器件得。如果总线上只存在一个DS18B20，就不需要读取ROM编码以及匹配ROM编码了，只要跳过ROM(CCH)命令，就可进行如下温度转换和读取操作。二、温度操作指令温度操作指令见表3-1-6所示，DS18B20在出厂
13、时温度数值默认为12位，其中最高位为符号位，即温度值共11位，单片机在读取数据时，依次从高速寄存器第0、1地址读2字节共16位，读完后将低11位的二进制数转转换为实际温度值。0地址对应的1个字节的前5个数字为符号位，这5位同时变化，前5位为1时，读取的温度为负值；前5位为0时，读取的温度为正值，且温度为正值时，只要将测得的数值乘以0.0625即可得到实际温度值。表3-1-6温度操作指令指令代码作用44H启动DS18B20进行温度转换，12位转换时最长为750ms（9位为93.75ms），结果存入内部9字节的RAM中BEH读暂存器。读内部RAM中9字节的温度数据4EH写暂存器。发出向内部RAM的
14、第2，3字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。48H复制暂存器。将RAM中第2，3字节的内容复制到E2PROM中B8H重调E2PROM。将E2PROM中内容恢复到RAM中的第3，4字节。B4H读供电方式。读DS18B20的供电模式。寄生供电时，DS18B20发送0；外接电源供电时，DS18B20发送1。3.4数字温度计一、电路原理STC89C51单片机和DS18B20的硬件连接图如图3-1-6所示，单片机的P10和DS18B20的数据口相连接。单片机通过P10口对DS18B20进行初始化，DS18B20将转换后的数字温度值通过P10口传给单片机。图3-1-6 DS18B20硬件连接图一、程序设计编程思路：首先单片机通过I/O口调用初始化函数Init_DS18B20( )对DS18B20按照初始化时序进行初始化，启动温度的转换，再将转换后的数字传给单片机，单片机通过计算将数字温度转换成实际的温度值，通过数码管显示出来，数码管显示采取在定时器0中动态显示，P0端驱动共阳七段数码管，P20P25端通过非门接共阳数码管的公共端，应用程序清单如下：/* 程序描述：温度超过35度，继电器吸合P0端驱动共阳七段数码管，P2端接共阳数码管的公共端*/#include#define uchar unsigned cha
