ds18b20详解及程序

最近都在学习和写单片机的程序, 今天有空又模仿DS18B20温度测量显示实验写了一个与DS18B20基于单总线通信的程序.DS18B20 数字温度传感器(参考:智能温度传感器DS18B20的原理与应用)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。

DS18B20 产品的特点:（1）、只要求一个I/O 口即可实现通信。

（2）、在DS18B20 中的每个器件上都有独一无二的序列号。

（3）、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。

（4）、测量温度范围在－55 到＋125℃之间; 在-10 ~ +85℃范围内误差为±5℃; （5）、数字温度计的分辨率用户可以从9 位到12 位选择。

将12位的温度值转换为数字量所需时间不超过750ms;（6）、内部有温度上、下限告警设置。

DS18B20引脚分布图DS18B20 详细引脚功能描述:1、GND 地信号；2、DQ数据输入出引脚。

开漏单总线接口引脚。

当被用在寄生电源下，此引脚可以向器件提供电源；漏极开路, 常太下高电平. 通常要求外接一个约5kΩ的上拉电阻.3、VDD可选择的VDD 引脚。

电压范围:3~5.5V; 当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。

DS18B20存储器结构图暂存储器的头两个字节为测得温度信息的低位和高位字节;第3, 4字节是TH和TL的易失性拷贝, 在每次电复位时都会被刷新;第5字节是配置寄存器的易失性拷贝, 同样在电复位时被刷新;第9字节是前面8个字节的CRC检验值.配置寄存器的命令内容如下:MSB LSBR0和R1是温度值分辨率位, 按下表进行配置.默认出厂设置是R1R0 = 11, 即12位.温度值分辨率配置表4种分辨率对应的温度分辨率为0.5℃, 0.25℃, 0.125℃, 0.0625℃(即最低一位代表的温度值)12位分辨率时的两个温度字节的具体格式如下:其中高字节前5位都是符号位S, 若分辨率低于12位时, 相应地使最低为0, 如: 当分辨, 高字节不变....一些温度与转换后输出的数字参照如下:由上表可看出, 当输出是负温度时, 使用补码表示, 方便计算机运算(若是用C语言, 直接将结果赋值给一个int变量即可).DS18B20 的使用方法:由于DS18B20 采用的是1－Wire 总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对单片机来说，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。

由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。

DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。

该协议定义了几种信号的时序：初始化时序(dsInit()实现)、读时序(readByte())、写时序(writeByte())。

所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。

而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。

数据和命令的传输都是低位在先。

DS18B20与单片机连接电路图:利用软件模拟DS18B20的单线协议和命令:主机操作DS18B20必须遵循下面的顺序1. 初始化单线总线上的所有操作都是从初始化开始的. 过程如下:1)请求: 主机通过拉低单线480us以上, 产生复位脉冲, 然后释放该线, 进入Rx接收模式. 主机释放总线时, 会产生一个上升沿脉冲.DQ : 1 -> 0(480us+) -> 12)响应: DS18B20检测到该上升沿后, 延时15~60us, 通过拉低总线60~240us来产生应答脉冲.DQ: 1(15~60us) -> 0(60~240us)3)接收响应: 主机接收到从机的应答脉冲后, 说明有单线器件在线. 至此, 初始化完成. DQ: 02. ROM操作命令当主机检测到应答脉冲, 便可发起ROM操作命令. 共有5类ROM操作命令, 如下表3. 内存操作命令在成功执行ROM操作命令后, 才可使用内存操作命令. 共有6种内存操作命令:4. 数据处理DS18B20要求有严格的时序来保证数据的完整性. 在单线DQ上, 有复位脉冲, 应答脉冲,写0, 写1, 读0, 读1这6种信号类型. 除了应答脉冲外, 其它都由主机产生. 数据位的读和写是通过读、写时隙实现的.1) 写时隙: 当主机将数据线从高电平拉至低电平时, 产生写时隙.所有写时隙都必须在60us以上, 各写时隙间必须保证1us的恢复时间.写"1" : 主机将数据线DQ先拉低, 然后释放15us后, 将数据线DQ拉高;写"0" : 主机将DQ拉低并至少保持60us以上.2)读时隙: 当主机将数据线DQ从高电平拉至低电平时, 产生读时隙. 所有读时隙最短必须持续60us, 各读时隙间必须保证1us的恢复时间.读: 主机将DQ拉低至少1us,. 此时主机马上将DQ拉高, 然后就可以延时15us后, 读取DQ即可.源代码: (测量范围: 0 ~ 99度)DS18B201#include <reg51.H>2//通过DS18B20测试当前环境温度, 并通过数码管显示当前温度值3sbit wela = P2^7; //数码管位选4sbit dula = P2^6; //数码管段选5sbit ds = P2^2;6//0-F数码管的编码(共阴极)7unsigned char code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,8 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};9//0-9数码管的编码(共阴极), 带小数点10unsigned char code tableWidthDot[]={0xbf, 0x86, 0xdb, 0xcf, 0xe6, 0xed, 0xfd, 11 0x87, 0xff, 0xef};1213//延时函数, 例i=10,则大概延时10ms.14void delay(unsigned char i)15{16 unsigned char j, k;17for(j = i; j > 0; j--)18 {19for(k = 125; k > 0; k--);20 }21}2223//初始化DS18B2024//让DS18B20一段相对长时间低电平, 然后一段相对非常短时间高电平, 即可启动25void dsInit()26{27//一定要使用unsigned int型, 一个i++指令的时间, 作为与DS18B20通信的小时间间隔28 //以下都是一样使用unsigned int型30 ds = 0;31 i = 103;32while(i>0) i--;33 ds = 1;34 i = 4;35while(i>0) i--;36}3738//向DS18B20读取一位数据39//读一位, 让DS18B20一小周期低电平, 然后两小周期高电平, 40//之后DS18B20则会输出持续一段时间的一位数据41bit readBit()42{43 unsigned int i;44 bit b;45 ds = 0;46 i++;47 ds = 1;48 i++; i++;49 b = ds;50 i = 8;51while(i>0) i--;52return b;53}5455//读取一字节数据, 通过调用readBit()来实现56unsigned char readByte()57{58 unsigned int i;59 unsigned char j, dat;60 dat = 0;61for(i=0; i<8; i++)62 {63 j = readBit();64//最先读出的是最低位数据65 dat = (j << 7) | (dat >> 1);66 }67return dat;68}6970//向DS18B20写入一字节数据71void writeByte(unsigned char dat)72{74 unsigned char j;75 bit b;76for(j = 0; j < 8; j++)77 {78 b = dat & 0x01;79 dat >>= 1;80//写"1", 让低电平持续2个小延时, 高电平持续8个小延时81if(b)82 {83 ds = 0;84 i++; i++;85 ds = 1;86 i = 8; while(i>0) i--;87 }88else//写"0", 让低电平持续8个小延时, 高电平持续2个小延时89 {90 ds = 0;91 i = 8; while(i>0) i--;92 ds = 1;93 i++; i++;94 }95 }96}9798//向DS18B20发送温度转换命令99void sendChangeCmd()100{101 dsInit(); //初始化DS18B20102 delay(1); //延时1ms103 writeByte(0xcc); //写入跳过序列号命令字104 writeByte(0x44); //写入温度转换命令字105}106107//向DS18B20发送读取数据命令108void sendReadCmd()109{110 dsInit();111 delay(1);112 writeByte(0xcc); //写入跳过序列号命令字113 writeByte(0xbe); //写入读取数据令字114}115116//获取当前温度值117unsigned int getTmpValue()118{119 unsigned int value; //存放温度数值120float t;121 unsigned char low, high;122 sendReadCmd();123//连续读取两个字节数据124 low = readByte();125 high = readByte();126//将高低两个字节合成一个整形变量127 value = high;128 value <<= 8;129 value |= low;130//DS18B20的精确度为0.0625度, 即读回数据的最低位代表0.0625度131 t = value * 0.0625;132//将它放大10倍, 使显示时可显示小数点后一位, 并对小数点后第二2进行4舍5入133 //如t=11.0625, 进行计数后, 得到value = 111, 即11.1 度134 value = t * 10 + 0.5;135return value;136}137138//显示当前温度值, 精确到小数点后一位139void display(unsigned int v)140{141 unsigned char count;142 unsigned char datas[] = {0, 0, 0};143 datas[0] = v / 100;144 datas[1] = v % 100 / 10;145 datas[2] = v % 10;146for(count = 0; count < 3; count++)147 {148//片选149 wela = 0;150 P0 = ((0xfe << count) | (0xfe >> (8 - count))); //选择第(count + 1) 个数码管151 wela = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量152 wela = 0;153//段选154 dula = 0;155if(count != 1)156 {157 P0 = table[datas[count]]; //显示数字158 }159else160 {161 P0 = tableWidthDot[datas[count]]; //显示带小数点数字162 }163 dula = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量164 dula = 0;165 delay(5); //延时5ms, 即亮5ms166167 //清除段先, 让数码管灭, 去除对下一位的影响, 去掉高位对低位重影168 //若想知道影响效果如何, 可自行去掉此段代码169 //因为数码管是共阴极的, 所有灭的代码为: 00H170 dula = 0;171 P0 = 0x00; //显示数字172 dula = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量173 dula = 0;174 }175}176177void main()178{179 unsigned char i;180 unsigned int value;181while(1)182 {183//启动温度转换184 sendChangeCmd();185 value = getTmpValue();186//显示3次187for(i = 0; i < 3; i++)188 {189 display(value);190 }191 }192}显示效果:流程图:改进代码: 扩大测量范围, 使可测量范围为: -55度~ +125度, 严格按照上面的流程进行软件设计3.15 1:34 修正display()函数中的下一位显示对上一位的影响改进代码1#include <reg51.H>2#include<intrins.h>3#include <math.H> //要用到取绝对值函数abs()4//通过DS18B20测试当前环境温度, 并通过数码管显示当前温度值, 目前显示范围: -55~ +125度5sbit wela = P2^7; //数码管位选6sbit dula = P2^6; //数码管段选7sbit ds = P2^2;8int tempValue;910//0-F数码管的编码(共阴极)11unsigned char code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,12 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};13//0-9数码管的编码(共阴极), 带小数点14unsigned char code tableWidthDot[]={0xbf, 0x86, 0xdb, 0xcf, 0xe6, 0xed, 0xfd, 15 0x87, 0xff, 0xef};1617//延时函数, 对于11.0592MHz时钟, 例i=10,则大概延时10ms.18void delay(unsigned int i)19{20 unsigned int j;21while(i--)22 {23for(j = 0; j < 125; j++);24 }25}2627//初始化DS18B2028//让DS18B20一段相对长时间低电平, 然后一段相对非常短时间高电平, 即可启动29void dsInit()30{31//对于11.0592MHz时钟, unsigned int型的i, 作一个i++操作的时间大于为8us32 unsigned int i;33 ds = 0;34 i = 100; //拉低约800us, 符合协议要求的480us以上35while(i>0) i--;36 ds = 1; //产生一个上升沿, 进入等待应答状态37 i = 4;38while(i>0) i--;39}4041void dsWait()42{43 unsigned int i;44while(ds);45while(~ds); //检测到应答脉冲46 i = 4;47while(i > 0) i--;48}4950//向DS18B20读取一位数据51//读一位, 让DS18B20一小周期低电平, 然后两小周期高电平,52//之后DS18B20则会输出持续一段时间的一位数据53bit readBit()54{55 unsigned int i;56 bit b;57 ds = 0;58 i++; //延时约8us, 符合协议要求至少保持1us59 ds = 1;60 i++; i++; //延时约16us, 符合协议要求的至少延时15us以上61 b = ds;62 i = 8;63while(i>0) i--; //延时约64us, 符合读时隙不低于60us要求 64return b;65}6667//读取一字节数据, 通过调用readBit()来实现68unsigned char readByte()69{70 unsigned int i;71 unsigned char j, dat;72 dat = 0;73for(i=0; i<8; i++)74 {75 j = readBit();76//最先读出的是最低位数据77 dat = (j << 7) | (dat >> 1);78 }79return dat;80}8182//向DS18B20写入一字节数据83void writeByte(unsigned char dat)84{85 unsigned int i;86 unsigned char j;87 bit b;88for(j = 0; j < 8; j++)89 {90 b = dat & 0x01;91 dat >>= 1;92//写"1", 将DQ拉低15us后, 在15us~60us内将DQ拉高, 即完成写193if(b)94 {95 ds = 0;96 i++; i++; //拉低约16us, 符号要求15~60us内97 ds = 1;98 i = 8; while(i>0) i--; //延时约64us, 符合写时隙不低于60us要求99 }100else//写"0", 将DQ拉低60us~120us101 {102 ds = 0;103 i = 8; while(i>0) i--; //拉低约64us, 符号要求104 ds = 1;105 i++; i++; //整个写0时隙过程已经超过60us, 这里就不用像写1那样, 再延时64us了106 }107 }108}109110//向DS18B20发送温度转换命令111void sendChangeCmd()112{113 dsInit(); //初始化DS18B20, 无论什么命令, 首先都要发起初始化114 dsWait(); //等待DS18B20应答115 delay(1); //延时1ms, 因为DS18B20会拉低DQ 60~240us作为应答信号116 writeByte(0xcc); //写入跳过序列号命令字 Skip Rom117 writeByte(0x44); //写入温度转换命令字 Convert T118}119120//向DS18B20发送读取数据命令121void sendReadCmd()122{123 dsInit();124 dsWait();125 delay(1);126 writeByte(0xcc); //写入跳过序列号命令字 Skip Rom127 writeByte(0xbe); //写入读取数据令字 Read Scratchpad128}129130//获取当前温度值131int getTmpValue()132{133 unsigned int tmpvalue;134int value; //存放温度数值135float t;136 unsigned char low, high;137 sendReadCmd();138//连续读取两个字节数据139 low = readByte();140 high = readByte();141//将高低两个字节合成一个整形变量142 //计算机中对于负数是利用补码来表示的143 //若是负值, 读取出来的数值是用补码表示的, 可直接赋值给int型的value144 tmpvalue = high;145 tmpvalue <<= 8;146 tmpvalue |= low;147 value = tmpvalue;148149//使用DS18B20的默认分辨率12位, 精确度为0.0625度, 即读回数据的最低位代表0.0625度150 t = value * 0.0625;151//将它放大100倍, 使显示时可显示小数点后两位, 并对小数点后第三进行4舍5入152 //如t=11.0625, 进行计数后, 得到value = 1106, 即11.06 度153 //如t=-11.0625, 进行计数后, 得到value = -1106, 即-11.06 度154 value = t * 100 + (value > 0 ? 0.5 : -0.5); //大于0加0.5, 小于0减0.5 155return value;156}157158unsigned char const timeCount = 3; //动态扫描的时间间隔159//显示当前温度值, 精确到小数点后一位160//若先位选再段选, 由于IO口默认输出高电平, 所以当先位选会使数码管出现乱码161void display(int v)162{163 unsigned char count;164 unsigned char datas[] = {0, 0, 0, 0, 0};165 unsigned int tmp = abs(v);166 datas[0] = tmp / 10000;167 datas[1] = tmp % 10000 / 1000;168 datas[2] = tmp % 1000 / 100;169 datas[3] = tmp % 100 / 10;170 datas[4] = tmp % 10;171if(v < 0)172 {173//关位选, 去除对上一位的影响174 P0 = 0xff;175 wela = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量176 wela = 0;177//段选178 P0 = 0x40; //显示"-"号179 dula = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量180 dula = 0;181182//位选183 P0 = 0xfe;184 wela = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量185 wela = 0;186 delay(timeCount);187 }188for(count = 0; count != 5; count++)189 {190//关位选, 去除对上一位的影响191 P0 = 0xff;192 wela = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量193 wela = 0;194//段选195if(count != 2)196 {197/* if((count == 0 && datas[count] == 0)198 || ((count == 1 && datas[count] == 0) && (count == 0 && data s[count - 1] == 0)))199 {200 P0 = 0x00; //当最高位为0时, 不作显示201 }202 else*/203 P0 = table[datas[count]]; //显示数字204 }205else206 {207 P0 = tableWidthDot[datas[count]]; //显示带小数点数字208 }209 dula = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量210 dula = 0;211212//位选213 P0 = _crol_(0xfd, count); //选择第(count + 1) 个数码管214 wela = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量215 wela = 0;216 delay(timeCount);217 }218}219220void main()221{222 unsigned char i;223224while(1)225 {226//启动温度转换227 sendChangeCmd();228//显示5次229for(i = 0; i < 40; i++)230 {231 display(tempValue);232 }233 tempValue = getTmpValue(); 234 }235}改进后的效果图:只有一位小数两位小数, 并消除下一位对上一位的影响。