數(shù)字溫度傳感器DS18B20應(yīng)用實(shí)例

1、提高項目3數(shù)字溫度傳感器數(shù)字溫度傳感器S18B20 程序設(shè)計實(shí)驗指導(dǎo)程序設(shè)計實(shí)驗指導(dǎo)白白 林林 峰峰 DS18B20是美國DALLAS半導(dǎo)體公司推出的第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供單片機(jī)處理，可實(shí)現(xiàn)溫度的精度測量與控制。DS18B20封裝外形見圖3-1所示。 3.1 單總線溫度傳感器單總線溫度傳感器DS18B20簡介簡介圖圖3 - 1 DS18B20外形及引腳排列外形及引腳排列DS18B20引腳功能描述 序號名稱描述1GND地信號 2DQ數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 3Vdd（Vcc）電源輸入引腳，當(dāng)

2、工作于寄生電源模式時，此引腳必須接地 值得一提的是DQ引腳的I/O為數(shù)據(jù)輸入/輸出端（即單總線），該引腳為漏極開路輸出，常態(tài)下呈高電平。而單總線技術(shù)是DS18B20的一個特點(diǎn)，也是目前的技術(shù)熱點(diǎn)之一。 DS18B20的內(nèi)部框圖如圖3-2所示，主要包括寄生電源、溫度傳感器、存放中間數(shù)據(jù)的高速貯存器、用于存儲用戶設(shè)定的溫度上下限值、觸發(fā)器存儲與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗碼發(fā)生器和64位編號ROM等7部分。下面重點(diǎn)說明高速貯存器。圖圖3-2 DS18B203-2 DS18B20內(nèi)部電路內(nèi)部電路3.3.1內(nèi)部結(jié)構(gòu)n 高速寄存器RAM由9個字節(jié)的存儲器組成。見表3-1所示。其中，第0、1字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換有

3、效位，第0字節(jié)的低3位存放了溫度的高位，高5位存放溫度的正負(fù)值；第1字節(jié)的高4位存放溫度的低位，后4位存放溫度的小數(shù)部分；第2和第3個字節(jié)是DS18B20的與內(nèi)部E2PROM的有關(guān)的TH和TL，用來存儲溫度上限和下限，可以通過程序設(shè)計把溫度的上下限從單片機(jī)中讀到TH和TL中，并通過程序再復(fù)制到DS18B20內(nèi)部E2PROM中，同時TH和TL在器件加電后復(fù)制E2PROM的內(nèi)容；第4個字節(jié)是配置寄存器，第4個字節(jié)的數(shù)字也可以更新；第5，6，7三個字節(jié)是保留的。表表3-1-3高速寄存器高速寄存器RAM字節(jié)地址編號寄存器內(nèi)容功能0溫度值低位LSB高5位是溫度的正正負(fù)號，低3位為溫度的高位1溫度值高位M

4、SB高4位為溫度的低位，低4位為溫度小數(shù)部分2高溫度值（TH）溫度上限，最保存在ROM中3低溫度值（TL）溫度下限，最保存在ROM中4配置寄存器5、6、7保留8CRC校驗值3.1.2硬件連接 DS18B20可以作為單片機(jī)外設(shè)，單片機(jī)為主器件，DS18B20為從器件。上圖接法是單片機(jī)與一個DS18B20通信，單片機(jī)只需要一個I/O口就可以控制DS18B20，為了增加單片機(jī)I/O口驅(qū)動的可靠性，總線上接有上拉電阻。 如果要控制多個DS18B20進(jìn)行溫度采集，只要將所有DS18B20的DQ全部連接到總線上就可以了，在操作時，通過讀取每個DS18B20內(nèi)部芯片的序列號來識別。n3.2 單總線數(shù)據(jù)傳輸原

5、理 單總線協(xié)議規(guī)定一條數(shù)據(jù)線傳輸串行數(shù)據(jù)，時序有嚴(yán)格的控制，對于DS18B20的程序設(shè)計，必須遵守單總線協(xié)議。DS18B20操作主要分初始化、寫數(shù)據(jù)、讀數(shù)據(jù)。下面分別介紹操作步驟。一、初始化時序 對DS18B20初始化的不得是：單片機(jī)感知DS18B20存在并為下一步操作做準(zhǔn)備，同時啟動DS18B20，程序設(shè)計依據(jù)時序進(jìn)行。設(shè)P1.0口與DS18B20的數(shù)據(jù)DQ連接，初始化過程如下：（1）先將數(shù)據(jù)線置高電平1，然后延時（可有可無）；（2）數(shù)據(jù)線拉到低電平0。然后延時750s（該時間范圍可以在480960s），調(diào)用延時函數(shù)決定。（3）數(shù)據(jù)線拉到高電平1。如果單片機(jī)P1.0接DS18B20的DQ引腳

6、，則P1.0 此時設(shè)置高電平，稱為單片機(jī)對總線電平管理權(quán)釋放。此時，P1.0的電平高低由DS18B20的DQ輸出決定；（4）延時等待。如果初始化成功則在1560ms總線上產(chǎn)生一個由DS18B20返回的低電平0，據(jù)該狀態(tài)可以確定它的存在。但是應(yīng)注意，不能無限地等待，不然會使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時判斷。（5）若單片機(jī)讀到數(shù)據(jù)線上的低電平0后，說明DS18B20存在并相應(yīng)，還要進(jìn)行延時，其延時的時間從發(fā)出高電平算起（第步的時間算起）最少要480s。（6）將數(shù)據(jù)線再次拉到高電平1，結(jié)束初始化步驟。過 程對應(yīng)程序Init_DS18B20(void uchar x = 255; DQ = 1; d

7、elay(10); /稍做延時 DQ = 0; delay(80); DQ = 1; delay(20); while（DQ & x- ); delay(80); DQ = 1;二、對DS18B20寫1字節(jié)數(shù)據(jù)（1）數(shù)據(jù)線先置低電平0，發(fā)送的起始信號。（2）延時確定的時間為15s；（3）按低位到高位順序發(fā)送數(shù)據(jù)（一次只發(fā)送一位）。（4）延時時間為45s，等待DS18B20接收；（5）將數(shù)據(jù)線拉到高電平1，單片機(jī)釋放總線；（6）重復(fù)步驟，直到發(fā)送完整個字節(jié)；（7）最后將數(shù)據(jù)線拉高，單片機(jī)釋放總線。過 程void write_OneChar(uchar dat) uchar i = 0; for

8、(i = 8; I 0; i-) DQ = 0; delay(5); DQ = dat & 0 x01; delay(15); DQ = 1; dat = 1; delay(4);對應(yīng)程序三、對DS18B20讀1字節(jié)數(shù)據(jù)（1）將數(shù)據(jù)線拉高，時序圖見圖3-1-5所示；（2）延時2s，（3）將數(shù)據(jù)線拉低到0，（4）延時6s，延時時比寫數(shù)據(jù)時間短；（5）將數(shù)據(jù)線拉高到1，釋放總線（6）延時4s（7）讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到一個狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。（8）延時30s。（9）重復(fù)步驟，直到讀取完一個字節(jié)。過 程對應(yīng)程序uchar read_OneChar(void) uchar i = 0; uchar d

9、at = 0; for (i=8;i0;i-) DQ = 0; / 給脈沖信號 dat = 1; DQ = 1; / 給脈沖信號 if(DQ)dat |= 0 x80; delay(4); return(dat);3.3 DS18B20的指令集 DS18B20指令主要有ROM操作指令、溫度操作指令兩類。每一個DS18B20都有自己獨(dú)立的編號，存放在DS18B20內(nèi)部64位ROM中， ROM操作指令主要對其內(nèi)部64位的編號操作。內(nèi)部編號由廠家生產(chǎn)過程中固化，器件編號唯一。格式見表3-2所示。8位CRC碼48位序列號8位產(chǎn)品類型標(biāo)號表3-2n33H 讀ROM。讀DS18B20溫度傳感器ROM中的編

10、碼n（即64位地址）n55H 匹配ROM。發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROMn編碼，訪問單總線上，與該編碼相對應(yīng)的DS18B20并使n之做出響應(yīng)，為下一步對該DS18B20的讀/寫做準(zhǔn)備nF0H 搜索ROM。用于確定掛接在同一總線上DS18B20n的個數(shù)，識別64位ROM地址，為操作各器件做好準(zhǔn)備nCCH 跳過ROM。忽略64位ROM地址，直接向nDS18B20發(fā)溫度變換命令，適用于一個從機(jī)工作。nECH 告警搜索命令。執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或n下限的芯片才做出響應(yīng)一、ROM操作指令（5個）二、溫度操作指令（4個）溫度操主要對高速寄存器操作，指令共六個，見下表指令代碼作用44H啟動DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換時最長為750ms（9位為93.75ms），結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)的RAM中BEH讀暫存器。讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)4EH寫暫存器。發(fā)出向內(nèi)部RAM的第2，3字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。48H復(fù)制暫存器。將RAM中第2，3字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到E2PROM中B8H重調(diào)E2