DS18B20介绍

  DS18B20 是由 DALLAS 半导体公司推出的一种的“一线总线（单总线）”接口的温度传感器。与传统的热敏电阻等测温元件相比，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。

  DS18B20 温度传感器具有如下特点：

  1. 适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，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形如一只三极管的集成电路内。
  5. 温范围－55℃ —— +125℃，在-10 —— +85℃时精度为±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 93.75ms 内把温度转换为数字，12 位分辨率时最多在 750ms 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。
DS18B20外观实物

  从 DS18B20 外观图可以看到，当我们正对传感器切面（传感器型号字符那一面）时，传感器的管脚顺序是从左到右排列。管脚 1 为 GND，管脚 2 为数据DQ，管脚 3 为 VDD。如果把传感器插反，那么电源将短路，传感器就会发烫，很容易损坏，所以一定要注意传感器方向，通常我们在开发板上都会标出传感器的凸起出，所以只需要把传感器凸起的方向对着开发板凸起方向插入即可。

DS18B20内部结构

  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 的地址序列号。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。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。

  DS18B20 温度传感器的内部存储器包括一个高速的暂存器 RAM 和一个非易失性的可电擦除的 EEPROM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和配置寄存器。

  配置寄存器是配置不同的位数来确定温度和数字的转化，配置寄存器结构如下：

TM R1 R0 1 1 1 1 1

  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，用户不需要去改动。R1 和R0 用来设置 DS18B20 的精度（分辨率），可设置为 9，10，11 或 12 位，对应的分辨率温度是 0.5℃，0.25℃，0.125℃和 0.0625℃。R0 和 R1 配置如下图：

  在初始状态下默认的精度是 12 位，即 R0=1、R1=1。高速暂存存储器由 9 个字节组成，其分配如下：

寄存器内容 字节地址
温湿度低位（LS Byte） 0
温湿度高位（MS Byte） 1
高温限值(TH) 2
低温限值(TL) 3
配置寄存器 4
保留 5
保留 6
保留 7
CRC校验值 8

  当温度转换命令（44H）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。存储的两个字节，高字节的前 5 位是符号位S，单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，

温度寄存器格式

  如果测得的温度大于 0，这 5 位为‘0’，只要将测到的数值乘以 0.0625（默认精度是 12 位）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 再乘以 0.0625 即可得到实际温度。 温度与数据对应关系如下：

温度℃ 数据输出（二进制） 数据输出（十六进制）
+125 0000 0111 1101 0000 07D0h
+85 0000 0101 0101 0000 0550h
+25.0625 0000 0001 1001 0001 0191h
+10.125 0000 0000 1010 0010 00A2h
+0.5 0000 0000 0000 1000 0008h
0 0000 0000 0000 0000 0000h
-0.5 1111 1111 1111 1000 FFF8h
-10.125 1111 1111 0101 1110 FF5Eh
-25.0625 1111 1110 0110 1111 FE6Eh
-55 1111 1100 1001 0000 FC90h
*上电复位时温度寄存器默认值为+85℃

  比如我们要计算+85 度，数据输出十六进制是 0X0550，因为高字节的高 5位为 0，表明检测的温度是正温度，0X0550 对应的十进制为 1360，将这个值乘以 12 位精度 0.0625，所以可以得到+85 度。

  由于DS18B20是单总线器件，所有的单总线器件都要求采用严格的信号时序，以保证 数据的完整性。DS18B20 时序包括如下几种：初始化时序、写（0 和 1）时序、 读（0和 1）时序。 DS18B20 发送所有的命令和数据都是字节的低位在前。这里我们简单介绍这几个信号的时序：

初始化时序

  单总线上的所有通信都是以初始化序列开始。主机输出低电平，保持低电平时间至少 480us（该时间的时间范围可以从 480 到 960 微妙），以产生复位脉冲。接着主机释放总线，外部的上拉电阻将单总线拉高，延时 15～60us，并进入接收模式。接着 DS18B20 拉低总线 60~240 us，以产生低电平应答脉冲，若为低电平，还要做延时，其延时的时间从外部上拉电阻将单总线拉高算起最少要480 微妙。初始化时序图如下：

初始化时序

写时序

  写时序包括写 0 时序和写 1 时序。所有写时序至少需要 60us，且在 2 次独立的写时序之间至少需要 1us 的恢复时间，两种写时序均起始于主机拉低总线。写 1 时序：主机输出低电平，延时 2us，然后释放总线，延时 60us。写 0时序：主机输出低电平，延时 60us，然后释放总线，延时 2us。写时序图如下：

读时序

  单总线器件仅在主机发出读时序时，才向主机传输数据，所以，在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时序，以便从机能够传输数据。所有读时序至少需要 60us，且在 2 次独立的读时序之间至少需要 1us 的恢复时间。每个读时序都由主机发起，至少拉低总线 1us。主机在读时序期间必须释放总线，并且在时序起始后的 15us 之内采样总线状态。读时序图如下：

  典型的读时序过程为：主机输出低电平延时 2us，然后主机转入输入模式延时 12us，然后读取单总线当前的电平，然后延时 50us。

  在了解了单总线时序之后，我们来看看 DS18B20 的典型温度读取过程，DS18B20 的典型温度读取过程为：复位→发 SKIPROM 命令（0XCC）→发开始转换命令（0X44）→延时→复位→发送 SKIPROM 命令（0XCC）→发读存储器命令（0XBE）→连续读出两个字节数据(即温度)→结束。

硬件设计

  本实验使用到硬件资源如下：

  1. 动态数码管
  2. DS18B20
DS18B20模块电路

  从上图中可以看出，该电路是独立的，并且该接口可以支持DS18B20温度传感器和DHT11温湿度传感器。

软件设计

  本实验要实现的功能时：插上DS18B20温度传感器，数码管显示检测的温度值。

  程序框架如下：

  1. 编写数码管显示功能
  2. 编写DS18B20读取温度功能
  3. 编写主函数
实物接线图
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#include "public.h"
#include "smg.h"
#include "ds18b20.h"

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : main
* 函数功能		 : 主函数
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void main()
{	
	u8 i = 0;
	int temp_value;
	u8 temp_buf[5];
	
	ds18b20_init(); // 初始化DS18B20
	
	while(1)
	{
		i++;
		if(i % 50 == 0) // 间隔一段时间读取温度值，间隔时间要大于温度传感器转换温度时间
			temp_value = ds18b20_read_temperture() * 10; // 保留温度值小数后一位
		if(temp_value < 0) // 负温度
		{
			temp_value = -temp_value;
			temp_buf[0] = 0x40; // 显示负号
		}
		else
			temp_buf[0] = 0x00; // 不显示
		
		temp_buf[1] = gsmg_code[temp_value / 1000]; // 百位
		temp_buf[2] = gsmg_code[temp_value % 1000 / 100]; // 十位
		temp_buf[3] = gsmg_code[temp_value % 1000 % 100 / 10] | 0x80; // 个位+小数点
		temp_buf[4] = gsmg_code[temp_value % 1000 % 100 % 10]; // 小数点后一位
		smg_display(temp_buf,4);
	}
}

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#include "smg.h"

//共阴极数码管显示0~F的段码数据
u8 gsmg_code[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,
				0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : smg_display
* 函数功能		 : 动态数码管显示
* 输    入       : dat：要显示的数据
				   pos：从左开始第几个位置开始显示，范围1-8
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void smg_display(u8 dat[],u8 pos)
{
	u8 i=0;
	u8 pos_temp=pos-1;

	for(i=pos_temp;i<8;i++)
	{
	   	switch(7-i)//位选
		{
			case 0: LSC=1;LSB=1;LSA=1;break;
			case 1: LSC=1;LSB=1;LSA=0;break;
			case 2: LSC=1;LSB=0;LSA=1;break;
			case 3: LSC=1;LSB=0;LSA=0;break;
			case 4: LSC=0;LSB=1;LSA=1;break;
			case 5: LSC=0;LSB=1;LSA=0;break;
			case 6: LSC=0;LSB=0;LSA=1;break;
			case 7: LSC=0;LSB=0;LSA=0;break;
		}
		SMG_A_DP_PORT=dat[i-pos_temp];//传送段选数据
		delay_10us(100);//延时一段时间，等待显示稳定
		SMG_A_DP_PORT=0x00;//消音
	}
}

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#include "ds18b20.h"
#include "intrins.h"

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : ds18b20_reset
* 函数功能		   : 复位DS18B20  
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void ds18b20_reset(void)
{
	DS18B20_PORT=0;	//拉低DQ
	delay_10us(75);	//拉低750us
	DS18B20_PORT=1;	//DQ=1
	delay_10us(2);	//20US
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : ds18b20_check
* 函数功能		   : 检测DS18B20是否存在
* 输    入         : 无
* 输    出         : 1:未检测到DS18B20的存在，0:存在
*******************************************************************************/
u8 ds18b20_check(void)
{
	u8 time_temp=0;

	while(DS18B20_PORT&&time_temp<20)	//等待DQ为低电平
	{
		time_temp++;
		delay_10us(1);	
	}
	if(time_temp>=20)return 1;	//如果超时则强制返回1
	else time_temp=0;
	while((!DS18B20_PORT)&&time_temp<20)	//等待DQ为高电平
	{
		time_temp++;
		delay_10us(1);
	}
	if(time_temp>=20)return 1;	//如果超时则强制返回1
	return 0;
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : ds18b20_read_bit
* 函数功能		   : 从DS18B20读取一个位
* 输    入         : 无
* 输    出         : 1/0
*******************************************************************************/
u8 ds18b20_read_bit(void)
{
	u8 dat=0;
	
	DS18B20_PORT=0;
	_nop_();_nop_();
	DS18B20_PORT=1;	
	_nop_();_nop_(); //该段时间不能过长，必须在15us内读取数据
	if(DS18B20_PORT)dat=1;	//如果总线上为1则数据dat为1，否则为0
	else dat=0;
	delay_10us(5);
	return dat;
} 

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : ds18b20_read_byte
* 函数功能		   : 从DS18B20读取一个字节
* 输    入         : 无
* 输    出         : 一个字节数据
*******************************************************************************/
u8 ds18b20_read_byte(void)
{
	u8 i=0;
	u8 dat=0;
	u8 temp=0;

	for(i=0;i<8;i++)//循环8次，每次读取一位，且先读低位再读高位
	{
		temp=ds18b20_read_bit();
		dat=(temp<<7)|(dat>>1);
	}
	return dat;	
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : ds18b20_write_byte
* 函数功能		   : 写一个字节到DS18B20
* 输    入         : dat：要写入的字节
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void ds18b20_write_byte(u8 dat)
{
	u8 i=0;
	u8 temp=0;

	for(i=0;i<8;i++)//循环8次，每次写一位，且先写低位再写高位
	{
		temp=dat&0x01;//选择低位准备写入
		dat>>=1;//将次高位移到低位
		if(temp)
		{
			DS18B20_PORT=0;
			_nop_();_nop_();
			DS18B20_PORT=1;	
			delay_10us(6);
		}
		else
		{
			DS18B20_PORT=0;
			delay_10us(6);
			DS18B20_PORT=1;
			_nop_();_nop_();	
		}	
	}	
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : ds18b20_start
* 函数功能		   : 开始温度转换
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void ds18b20_start(void)
{
	ds18b20_reset();//复位
	ds18b20_check();//检查DS18B20
	ds18b20_write_byte(0xcc);//SKIP ROM
    ds18b20_write_byte(0x44);//转换命令	
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : ds18b20_init
* 函数功能		   : 初始化DS18B20的IO口 DQ 同时检测DS的存在
* 输    入         : 无
* 输    出         : 1:不存在，0:存在
*******************************************************************************/ 
u8 ds18b20_init(void)
{
	ds18b20_reset();
	return ds18b20_check();	
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : ds18b20_read_temperture
* 函数功能		   : 从ds18b20得到温度值
* 输    入         : 无
* 输    出         : 温度数据
*******************************************************************************/
float ds18b20_read_temperture(void)
{
	float temp;
	u8 dath=0;
	u8 datl=0;
	u16 value=0;

	ds18b20_start();//开始转换
	ds18b20_reset();//复位
	ds18b20_check();
	ds18b20_write_byte(0xcc);//SKIP ROM
    ds18b20_write_byte(0xbe);//读存储器

	datl=ds18b20_read_byte();//低字节
	dath=ds18b20_read_byte();//高字节
	value=(dath<<8)+datl;//合并为16位数据

	if((value&0xf800)==0xf800)//判断符号位，负温度
	{
		value=(~value)+1; //数据取反再加1
		temp=value*(-0.0625);//乘以精度	
	}
	else //正温度
	{
		temp=value*0.0625;	
	}
	return temp;
}

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#include "public.h"

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : delay_10us
* 函数功能		 : 延时函数，ten_us=1时，大约延时10us
* 输    入       : ten_us
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void delay_10us(u16 ten_us)
{
	while(ten_us--);	
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : delay_ms
* 函数功能		 : ms延时函数，ms=1时，大约延时1ms
* 输    入       : ms：ms延时时间
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void delay_ms(u16 ms)
{
	u16 i,j;
	for(i=ms;i>0;i--)
		for(j=110;j>0;j--);
}

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#ifndef _ds18b20_H
#define _ds18b20_H

#include "public.h"

//管脚定义
sbit DS18B20_PORT=P3^7;	//DS18B20数据口定义


//函数声明
u8 ds18b20_init(void);
float ds18b20_read_temperture(void);

#endif
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#ifndef _smg_H
#define _smg_H

#include "public.h"


#define SMG_A_DP_PORT	P0	//使用宏定义数码管段码口

//定义数码管位选信号控制脚
sbit LSA=P2^2;
sbit LSB=P2^3;
sbit LSC=P2^4;

extern u8 gsmg_code[17];

void smg_display(u8 dat[],u8 pos);

#endif
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#ifndef _public_H
#define _public_H

#include "reg52.h"

typedef unsigned int u16;	//对系统默认数据类型进行重定义
typedef unsigned char u8;


void delay_10us(u16 ten_us);
void delay_ms(u16 ms);

#endif