DS18B20的工作原理及应用

11.DS18B20的工作原理①DS18B20数字温度传感器概述DS18B20数字温度传感器是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，十分方便。DS18B20产品的特点只要求一个端口即可实现通信。在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。测量温度范围在－55.C到＋125.C之间。数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。内部有温度上、下限告警设置。TO－92封装的DS18B20的引脚排列见右图，其引脚功能描述见表序号名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数字输入输出引脚,开漏单总线接口引脚,当使用寄生电源时,可向电源提供电源3VDD可选择的VDD引脚,当工作于寄生电源时,该引脚必须接地表3-2DS18B20详细引脚功能描述②DS18B20的内部结构DS18B20的内部框图下图所示，DS18B20的内部有64位的ROM单元，和9字节的暂存器单元。64位ROM存储器件独一无二的序列号。暂存器包含两字节（0和1字节）的温度寄存器，用于存储温度传感器的数字输出。暂存器还提供一字节的上线警报触发（TH）和下线警报触发（TL）寄存器（2和3字节），和一字节的配置寄存器（4字节），使用者可以通过配置寄存器来设置温度转换的精度。暂存器的5、6和7字节器件内部保留使用。第八字节含有循环冗余码（CRC）。使用寄生电源时，DS18B20不需额外的供电电源；当总线为高电平时，功率由单总线上的上拉电阻通过DQ引脚提供；高电平总线信号同时也向内部电容CPP充电，CPP在总线低电平时为器件供电。（字节5~8就不用看了）。2图为暂存器A.温度寄存器（0和1字节）DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。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。DS18B20的温度操作是使用16位，也就是说分辨率是0.0625。BIT15~BIT11是符号位，为了就是表示转换的值是正数还是负数。█要求出正数的十进制值，必须将读取到的LSB字节，MSB字节进行整合处理，然后乘以0.0625即可。Eg：假设从，字节0读取到0xD0赋值于Temp1，而字节1读取到0x07赋值于Temp2，然后求出十进制值。unsignedintTemp1,Temp2,Temperature;Temp1=0xD0;//低八位Temp2=0x07;//高八位Temperature=((Temp28)|Temp1)*0.0625;//又或者3Temperature=(Temp1+Temp2*256)*0.0625;//Temperature=125█在这里我们遇见了一个问题，就是如何求出负数的值呢？很遗憾的，单片机不像人脑那样会心算，我们必须判断BIT11~15是否是1，然后人为置一负数标志。Eg.假设从，字节0读取到0x90赋值于Temp1，而字节1读取到0xFC赋值于Temp2，然后求出该值是不是负数，和转换成十进制值。unsignedintTemp1,Temp2,Temperature;unsignedcharMinus_Flag=0;Temp1=0x90;//低八位Temp2=0xFC;//高八位//Temperature=(Temp1+Temp2*256)*0.0625;//Temperature=64656//很明显不是我们想要的答案if(Temp2&0xFC)//判断符号位是否为1{Minus_Flag=1;//负数标志置一Temperature=((Temp28)|Temp1)//高八位第八位进行整合Temperature=((~Temperature)+1);//求反，补一Temperature*=0.0625;//求出十进制}//Temperature=55;else{Minus_Flag=0;Temperature=((Temp28)|Temp1)*0.0625;}█如果我要求出小数点的值的话，那么我应该这样做。Eg：假设从，字节0读取到0xA2赋值于Temp1，而字节1读取到0x00赋值于Temp2，然后求出十进制值，要求连同小数点也求出。unsignedintTemp1,Temp2,Temperature;Temp1=0x90;//低八位Temp2=0xFC;//高八位//实际值为10.125//Temperature=((Temp28)|Temp1)*0.0625;//10，无小数点Temperature=((Temp28)|Temp1)*(0.0625*10);//101，一位小数点//Temperature=((Temp28)|Temp1)*(0.0625*100);//1012，二位小数点█如以上的例题，我们可以先将0.0625乘以10，然后再乘以整合后的Temperature变量，就可以求出后面一个小数点的值（求出更多的小数点，方法都是以此类推）。得出的结果是101，然后再利用简单的算法，求出每一位的值。unsingedcharTen,One,Dot1Ten=Temperature/100;//1One=Temperature%100/10;//0Dot1=%10;//1求出负数的思路也一样，只不过多出人为置一负数标志，求反补一的动作而已。自己发挥想象力吧。B.字节2~3：TH和TL配置TH与TL就是所谓的温度最高界限，和温度最低界限的配置。其实这些可以使用软件来试验，所以就无视了。C字节4：配置寄存器4BIT7出厂的时候就已经设置为0，用户不建议去更改。而R1与R0位组合了四个不同的转换精度，00为9位转换精度而转换时间是93.75ms，01为10位转换精度而转换时间是187.5ms，10为11位转换精度而转换时间是375ms，11为12位转换精度而转换时间是750ms（默认）。该寄存器还是留默认的好，毕竟转换精度表示了转换的质量。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，如下表所示：（DS18B20出厂时被设置为12位）表3-6R1与R0确定传感器分辨率设置表R1R0传感器精度/bit转换时间/ms00993.750110187.510113751112750D.字节5~7，8：保留位，CRC无视，无视吧。③光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，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。④DS18B20温度传感器的存储器DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。2DS18B20的工作过程DS18B20一般都是充当从机的角色，而单片机就是主机。单片机通过一线总线访问DS18B20的话，需要经过以下几个步骤：①DS18B20复位(初始化)，DS18B20复位。在某种意义上就是一次访问DS18B20的开始，或者可说成是开始信号。②执行ROM指令(ROM命令跟随着需要交换的数据)；ROM指令，也就是访问，搜索，匹配，DS18B20个别的64位序列号的动作。在单点情况下，可以直接跳过ROM指令。而跳过ROM指令的字节是0xCC③执行DS18B20功能指令（RAM指令），功能命令跟随着需要交换的数据。DS18B20功能指令有很多种，我就不一一的介绍了，数据手册里有更详细的介绍。这里仅列出比较常用的几个DS18B20功能指令。0x44：开始转换温度。转换好的温度会储存到暂存器字节0和1。0xEE：读暂存指令。读暂存指令，会从暂存器0到9，一个一个字节读取，如果要停止的话，必须写下DS18B20复位。访问DS18B20必须严格遵守这一命令序列，如果丢失任何一步或序列混乱，DS18B20都不会响应主机（除了SearchROM和AlarmSearch这两个命令，在这两个命令后，主机都必须返回到第一步）。一般上我们都是使用单点，也就是说单线总线上仅有一个DS18B20存在而已。所以我们无需刻意读取ROM里边的序列号来，然后匹配那个DS18B20？而是更直接的，跳过ROM指令，然后直接执行DS18B20功能指令。5a．初始化，DS18B20复位：在初始化过程中，主机通过拉低单总线至少480µs，以产生复位脉冲(TX)。然后主机释放总线并进入接收(RX)模式。当总线被释放后，5kΩ的上拉电阻将单总线拉高。DS18B20检测到这个上升沿后，延时15µs~60µs，通过拉低总线60µs~240µs产生应答脉冲。初始化波形如图3-8所示。DS18B20的复位时序如下：1.单片机拉低总线480us~950us,然后释放总线（拉高电平）。2.这时DS18B20会拉低信号，大约60~240us表示应答。3.DS18B20拉低电平的60~240us之间，单片机读取总线的电平，如果是低电平，那么表示复位成功。4.DS18B20拉低电平60~240us之后，会释放总线。C语言代码：//DS1302复位函数voidDS1302_Reset(){DDRA|=BIT(DQ);//DQ为输出状态PORTA&=~BIT(DQ);//输出低电平Delay_1us(500);//延迟500微妙PORTA|=BIT(DQ);//示范总线Delay_1us(60);//延迟60微妙DDRA&=~BIT(DQ);//DQ位输出状态while(PINA&BIT(DQ));//等待从机DS18B20应答（低电平有效）while(!(PINA&BIT(DQ)));//等待从机DS18B20释放总线}DS18B20所有的数据交换都由一个初始化序列开始。由主机发出的复位脉冲和跟在其后的由DS18B20发出的应答脉冲构成。当DS18B20发出响应主机的应答脉冲时，即向主机表明它已处在总线上并且准备工作。b.ROM命令：ROM命令通过每个器件64-bit的ROM码，使主机指定某一特定器件（如果有多个器件挂在总线上）与之进行通信。DS18B20的ROM如表3-4所示，每个ROM命令都是8bit长。c.功能命令：主机通过功能命令对DS18B20进行读/写Scratchpad存储器，或者启动温度转换。DS18B20的功能命令如表3-7所示。指令协议功能读ROM33H读DS18B20中的编码(即64位地址)符合ROM55H发出此命令后，接着发出64位ROM编码，访问单总线上与该编码相对应的DS18B20,使之作出响应，为下一步对该DS18B20的读写作准备6搜索ROM0F0H用于确定挂接在同一总线上DS18B20的个数和识别64位ROM地址，为操作各器件作好准备跳过ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20V温度转换命令，适用于单个DS18B20工作报警搜索命令0ECH执行后，只有温度超过庙宇值上限或下限的片子才做出响应温度转换44H启动DS18B20进行温度转换，转换时间最长为500ms(典型为200ms),结果丰入内部9字节RAM中读暂存器BEH读内部RAM中9字节的内容写暂存器4EH发出向内部RAM的第3、4字节写上、下温度数据命令，紧该温度命令之