DS18B20温度传感器——51实验

DS18B20是由 DALLAS半导体公司推出的一种“一线总线（单总线）”接口的温度传感器。与传统的热敏申阻等测温元件相比，它是一种新型的体积小，适用电压宽、与微处理器接口简单的数字化温度传感器。

 具有如下特点：

1、适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5 V，在寄生电源方式下可由数据线供电。

2、独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

3、DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上实现组网多点测温。                                                                 

4、DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在一只三极管的集成电路内。                                                         

5、温范围-55 ~ +125℃，在-10 ~ +85℃时精度为士0.5℃。                                                                                     

6、可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温。                                                   

7、在9位分辨率时最多在93.75 ms，内把温度转换为数字，12位分辨率750 ms 内把温度值转换为数字，速度更快。                                                   

8、测量结果直接输出数字温度信号，以”一根总线"串行传送给 CPU，同时可传送CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。                                             

9、负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作

 

引脚说明：正对传感器切面（即印有型号字符的那一面）时，管脚顺序从左到右分别为GND、数据DQ、VDD。

 

单总线系统
在每个DS18B20内部都有一个唯一的64位长的序列号，这个序列号值就存在DS18B20内部的ROM中。开始的8位是产品类型编码(DS18B20是28H)，接着的48位是每个器件唯一的序号，最后的8位是CRC校验码。总线系统使用单总线主控来控制一个或多个从机设备。每个DS18B20都有独立唯一的64位-ID，此特性决定了它可以将任意多的DS18b20挂载到一根总线上，通过ROM搜索读取相应DS18B20的温度值。

 

DS18B20内部构成：

 

主要由以下3部分组成： 64 位ROM，高速暂存器，存储器

64 位ROM存储独有的序列号：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，每个DS18B20的64位序列号均不相同。这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

高速暂存器包含：温度灵敏元件、低温触发器和高温触发器(TH和TL)、配置寄存器。

存储器：由一个高速的RAM和一个可擦除的EEPROM组成，EEPROM存储高温和低温触发器(TH和TL)以及配置寄存器的值，(就是存储低温和高温报警值以及温度分辨率)

DS18B20高速缓存器由9个字节组成

字节0~1 是温度存储器，用来存储转换好的温度。第0个字节存储温度低8位，第一个字节存储温度高8位

字节2~3 是用户用来设置最高报警和最低报警值(TH和TL)。
字节4 是配置寄存器，用来配置转换精度，可以设置为9~12 位。

 

 

字节5~7 保留位。芯片内部使用
字节8 CRC校验位。是64位ROM中的前56位编码的校验码。由CRC发生器产生。

 

DS18B20温度读取与计算
DS18B20采用16位补码的形式来存储温度数据，温度是摄氏度。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。

高字节的五个S为符号位，温度为正值时S=1,温度为负值时S=0

剩下的11位为温度数据位，对于12位分辨率，所有位全部有效，对于11位分辨率，位0(bit0)无定义，对于10位分辨率，位0和位1无定义,对于9位分辨率，位0，位1，和位2无定义

 

 

对应的温度计算：

当五个符号位S=0时，温度为正值，直接将后面的11位二进制转换为十进制，再乘以0.0625(12位分辨率)，就可以得到温度值;

当五个符号位S=1时，温度为负值，先将后面的11位二进制补码变为原码(符号位不变，数值位取反后加1)，再计算十进制值。再乘以0.0625(12位分辨率)，就可以得到温度值;

例如：

+125℃的数字输出07D0(00000111 11010000)　：转换成10进制是2000，对应摄氏度：0.0625x2000=125°C

-55℃的数字输出为 FC90：首先取反，然后+1，转换成原码为：11111011 01101111，数值位转换成10进制是870，对应摄氏度：-0.0625x870=-55°C。

工作流程：

初始化时序：主机输出低电平，保持低电平至少480us（480us~960us），以产生复位脉冲。接着主机释放总线（此时，外部的上拉电阻将单总线电平拉高），延时15~60us后，主机进入接收模式，等待检测从机发出的存在脉冲。然后芯片拉低总线60~240us，产生低电平应答脉冲，进行时延，从上拉电阻拉高电平到时延结束至少480us。

解释：1.单片机拉低总线至少480us，产生复位脉冲，然后释放总线（拉高电平）。
           2.这时DS8B20检测到请求之后，会拉低信号，大约60~240us表示应答。
           3.DS8B20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，那么表示初始化成功
           4.DS18B20拉低电平60~240us之后，会释放总线。

 ROM操作：常用的有三个，其余可详见说明手册。

 

 

 

 

 

写时序
总线控制器通过控制单总线高低电平持续时间从而把逻辑1或0写DS18B20中。每次只传输1位数据

单片机想要给DS18B20写入一个0时，需要将单片机引脚拉低，延时60us，释放总线，延时2us。
单片机想要给DS18B20写入一个1时，需要将单片机引脚拉低，延时2us，释放总线，延时60us。

在写时序起始后15μs到60μs期间，DS18B20处于采样单总线电平状态。如果在此期间总线为高电平，则向DS18B20写入1;如果总线为低电平，则向DSl8B20写入0。

注意：2次写周期之间至少间隔1us

 

读时序
读时隙由主机拉低总线电平至少1μs然后再释放总线，读取DS18B20发送过来的1或者0

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。

 

注意：所有读时隙必须至少需要60us，且在两次独立的时隙之间至少需要1ps的恢复时间

同时注意：主机只有在发送读暂存器命令(0xBE)或读电源类型命令(0xB4)后，立即生成读时隙指令，DS18B20才能向主机传送数据。 也就是先发读取指令，再发送读时隙

最后一点： 写时序注意是先写命令的低字节，比如写入跳过ROM指令0xCC(11001100),写的顺序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹”，

读时序时是先读低字节，在读高字节，也就是先读取高速暂存器的第0个字节(温度的低8位)，在读取高速暂存器的第1个字节(温度的高8位) 我们正常使用DS18B20读取温度读取两个温度字节即可