基于DS18B20的数字温度计设计

本科毕业设计（论文）基于 DS18B20 的数字温度计设计摘 要随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立工作的温度检测与显示系统应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低，需要外加信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，检测系统也有一定的误差。与传统的温度计相比，这次设计的是基于 DS18B20 的数字温度计，它具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。在本设计中选用 AT89C51 型单片机作为主控制器件，采用 DS18B20 数字温度传感器作为测温元件，通过 4 位共阳极 LED 数码显示管并行传送数据，实现温度显示。本设计的内容主要分为两部分，一是对系统硬件部分的设计，包括温度采集电路和显示电路；二是对系统软件部分的设计，应用 C 语言实现温度的采集与显示。通过 DS18B20 直接读取被测温度值，送入单片机进行数据处理，之后进行输出显示，最终完成了数字温度计的总体设计。其系统构成简单，信号采集效果好，数据处理速度快，便于实际检测使用。关键词：单片机 AT89C51；温度传感器 DS18B20；LED 数码管；数字温度计本科毕业设计（论文）Design based Digital Thermometer DS18B20AbstractAlong with the present information technologys swift development and traditional industry transformations gradual realization. Able to work independently of the temperature detection and display system used in many other fields. Traditional temperature examination take thermistor as temperature sensitive unit. Thermistors cost is low, needs the sur- signal processing electric circuit, moreover the reliability is relatively bad, the temperature measurement accuracy is low, the examination system also has certain error. Compares with the traditional thermometer, what this design is based on the DS18B20 digital thermometer, it has the reading to be convenient, the temperature measurement scope is broad, the temperature measurement is precise, the digit demonstrated that applicable scope wide and so on characteristics. Used in the design AT89C51 MCU as the main control device, digital temperature sensor DS18B20 as the temperature components of the anode through the four LED digital display tube parallel transmission of data, to achieve temperature display. This designs content mainly divides into two parts; first, to system hardware part design, including temperature gathering electric circuit and display circuit; Second, to the system software parts design, realizes temperature gathering and the demonstration using the C language. DS18B20 measured by direct reading temperature values,and transfer Data into MCU,and output to show,this is the design of the Digital Thermometer. Its system constitution is simple, the effect of signal gathering is good, the speed of data processing is quick,at al it is advantageous for the actual examination use.Keywords: MCU AT89S51; Temperature Sensor DS18B20; LED Digital tube Digital Thermometer本科毕业设计（论文）目 录摘 要 .IABSTRACT .II第一章 绪 论 .11.1 课题背景 .11.2 课题来源 .21.3 课题内容及要求 .2第二章 基于 DS18B20 数字温度计设计的可行性分析 .42.1 数字温度计设计方案论证 .42.1.1 方案一 .42.1.2 方案二 .42.2 单线技术 .4第三章 系统的硬件选择及设计 .63.1 核心处理器的设计 .63.1.1 AT89C51 的简介 .63.1.2 复位电路的设计 .93.1.3 晶振电路的设计 .103.2 温度采集电路的设计 .103.2.1 DS18B20 的简介 .113.2.2 DS18B20 内部结构 .133.2.3 DS18B20 测温原理 .173.2.4 温度采集电路 .183.3 温度显示电路的设计 .183.3.1 LED 数码管的操作 .183.3.2 温度显示电路 .20第四章 系统的软件设计 .214.1 概述 .21本科毕业设计（论文）4.2DS18B20 的单线协议和命令 .214.2.1 初始化 .214.2.2 ROM 操作命令 .214.2.3 内存操作命令 .224.2.4 数据处理 .234.3 温度采集程序的设计 .254.3.1 程序流程图 .254.3.2 采集程序 .264.4 温度显示程序的设计 .314.4.1 程序流程图 .314.4.2 显示程序 .31结 论 .33致 谢 .34参考文献 .35附 录 A.36本科毕业设计（论文）第一章 绪 论1.1 课题背景单片机自 1976 年由 Intel 公司推出 MCS-48 开始，迄今已有三十多年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为” 。单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC 机外围以及网络通讯等广大领域，对各个行业的技术改造和产品更新换代起着重要的推动作用。单片机有两种基本结构形式：一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿结构。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，一般需要较大的程序存储器。目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。本设计讨论的单片机多功能定时器的核心是目前应用极为广泛的 51 系列单片机，配置了外围设备，构成了一个可编程的计时定时系统，具有体积小，可靠性高，功能强等特点。不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供开发，有着广泛的应用领域 1。20 世纪 80 年代中期以后，Intel 公司以专利转让的形式把 8051 内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS 等。这些厂家生产的芯片是 MCS-51 系列的兼容产品，准确地说是与 MCS-51 指令系统兼容的单片机。这些兼容机与 8051 的系统结构(主要是指令系统)相同，采用 CMOS 工艺，因而，常用 80C51 系列来称呼所有具有 8051 指令系统的单片机，它们对 8051 单片机一般都作了一些扩充，使其更有特点。其功能和市场竞争力更强，其实不该把它们直接称呼为 MCS-51 系列单片机，因为 MCS 只是 Intel 公司专用的单片机系列型号。MCS-51 系列及 80C51 单片机有多种品种。它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在内部结构上有些区别。目前使用的 MCS-51 系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：基本型、增强型、低功耗型、专用型、超 8 位型、本科毕业设计（论文）片内闪烁存储器型。其中 ATMEL 公司的标准型 AT89 单片机因其与 MCS-51的完全兼容性、优良的工作性能、使用的灵活性以及较高的性能价格比，成为AT89 系列单片机的主流机型，在嵌入式控制系统中获得广泛应用。1.2 课题来源众所周知，环境温度一直是生物能否较适宜生存的一个重要因素，而人们对环境温度的感知也从单纯的身体感官的感受发展到用各种温度计来对环境温度进行准确的测量。但是受限于技术等原因，温度计通常都有体积较大，精度不高等各种缺陷。而数字温度测量芯片的出现则解决了这些问题，其中的一款芯片 DS18B20 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，在一根通信线上可以挂载很多这样的数字温度芯片，十分方便。美国 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS18202是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器，在其内部使用了在板(ON-B0ARD)专利技术。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。 “一线总线” 独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的 DS18B20 体积更小、更经济、更灵活。使你可以充分发挥“一线总线 ”的优点。 同 DS1820 一样，DS18B20 也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55C +125C，在-10+85C 范围内，精度为0.5C。现场温度直接以“ 一线总线” 的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持 3V 5.5V 的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小，这就为用最低的成本制作出用途更广，精度更高的便携带的数字温度计提供了可能。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。1.3 课题内容及要求本设计主要介绍了用单片机和数字温度传感器 DS18B20 相结合的方法来实本科毕业设计（论文）现温度的采集，以单片机 AT89C51 芯片为核心，辅以温度传感器 DS18B20 和LED 数码管及必要的外围电路，构成了一个多功能单片机数字温度计。该装置适用于人民的日常生活和工、农业生产的温度测量与报警，实现对温度的监测。其主要研究内容包括两方面，一是对系统硬件部分的设计，包括温度采集电路和显示电路；二是对系统软件部分的设计，应用 C 语言实现温度的采集与显示。通过利用数字温度传感器 DS18B20 进行设计，能够满足实时检测温度的要求，同时通过 LED 数码管的显示功能，可以实现不间断的温度显示，并带有复位功能。本次设计的主要思路是利用 51 系列单片机，数字温度传感器 DS18B20 和LED 数码显示器，构成实现温度检测与显示的单片机控制系统，即数字温度计。通过对单片机编写相应的程序，达到能够实时检测周围温度的目的。通过对本课题的设计能够熟悉数字温度计的工作原理及过程，了解各功能器件( 单片机、DS18B20 、LED)的基本原理与应用，掌握各部分电路的硬件连线与程序编写，最终完成对数字温度计的总体设计。其具体的要求如下：1、根据设计要求，选用 AT89C51 单片机为核心器件；2、温度检测器件采用 DS18B20 数字式温度传感器，利用单总线式连接方式与单片机的串行接口 P0.0 引脚相连；3、显示电路采用 4 个 LED 数码管显示器接 P1 口并行显示温度值，数码管由P3 口(P3.0P3.3)选通，动态显示。本科毕业设计（论文）第二章 基于 DS18B20 数字温度计设计的可行性分析2.1 数字温度计设计方案论证2.1.1 方案一由于本设计实现的是测温电路，首先我们可以使用热敏电阻之类的器件，利用其感温效应，将其随被测温度变化的电压或电流值采集过来，进行 A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，通过显示电路就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到 A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。因此，我们引出第二种方案。2.1.2 方案二我们可以采用技术成熟、操作简单、精确度高的温度传感器，在此，可以选用数字温度传感器 DS18B20，根据它的特点和测温原理，很容易就能直接读取被测温度值并进行转换，这样就可以满足设计要求。从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故在本设计中采用了方案二。通过方案二设计的温度计总体电路图如附录图 C 所示，控制器采用单片机AT89C51，温度传感器采用 DS18B20，用 4 位 LED 数码管以串口并行输出方式传送数据实现温度显示。2.2 单线技术目前，常用的微机和外设之间数据传输的串行总线 3有 I2C 总线、SPI 总线等，其中 I2C 总线采用同步串行双线(一根时钟线，一根数据线)方式，而 SPI 总线采用同步串行三线(时钟线，输入线，数据输入线)方式。这两种总线需要至少两根或两根以上的信号线。美国达拉斯半导体公司推出了一项特有的单线技术。该技术于上述总线不同，它采用单根信号线，即可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输时是双向的，因而这种单线技术具有线路简单，硬件开销少，成本低廉。便于扩展的优点。本科毕业设计（论文）单线技术适用以单主机系统，单主机能够控制一个或多个从机设备。主机可以是微控制器，从机可以是单线器件，它们之间的数据交换，控制都由这根线完成。主机或从机通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放线，而让其它设备使用。单线通常要求外接一个约5k 的上拉电阻，这样，当该线闲置时，器件状态为高电平。主机和从机之间的通信主要分为 3 个步骤：初始化单线器件，识别单线器件和单线数据传输。由于只有一根线通信，所以它们必须是严格的主从结构，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，主机访问每个单线器件都必须严格遵循单线命令序列，从机遵守上述三个步骤的顺序。如果命令序列混乱，单线器件将不会响应主机 4。所有的单线器件都有遵循严格的协议，以保证数据的完整性。单线协议有复位脉冲，其他均由主机发起，并且所有命令和数据都是字节的地位在前。本科毕业设计（论文）第三章 系统的硬件选择及设计3.1 核心处理器的设计3.1.1 AT89C51 的简介对于单片机的选择，可以考虑使用 8031 与 8051 系列，由于 8031 没有内部RAM，系统又需要大量内存存储数据，因而不适用。所以，我们选用 51 系列单片机 AT89C51。AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗，高性能CMOS8 位单片机，片内含 4kbytes 的可编程的 Flash 只读程序存储器，兼容标准 8051 指令系统及引脚，并集成了 Flash 程序存储器，既可在线编程(ISP)，也可用传统方法进行编程，因此，低价位 AT89C51 单片机可应用于许多高性价比的场合，可灵活应用于各种控制领域，对于简单的测温系统已经足够。单片机 AT89C51 具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。AT89C51 的主要特性如下： 与 MCS-51 兼容； 4K 字节可编程闪烁存储器； 寿命：1000 写/擦循环； 数据保留时间：10 年； 全静态工作：0Hz-24Hz； 三级程序存储器锁定； 128*8 位内部 RAM； 32 根可编程 I/O 线； 两个 16 位定时器/计数器； 5 个中断源； 可编程串行通道； 低功耗的闲置和掉电模式； 片内振荡器和时钟电路。本科毕业设计（论文）1、AT89C51 引脚图芯片 AT89C51 的引脚排列和逻辑符号如图 3.1 所示。图 3.1 AT89C51 单片机引脚图2、AT89C51 引脚功能介绍 单片机芯片 AT89C51 为 40 引脚双列直插式封装。其各个引脚功能 5介绍如下：(1) VCC：供电电压；(2) GND：接地；(3) P0 口P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每个管脚可吸收 8TTL 门电流。当P1 口的管脚写 ”1”时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FLASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FLASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部电位必须被拉高。(4) P1 口P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1 口管脚写入”1” 后，电位被内部上拉为高，可用作输入， P1 口本科毕业设计（论文）被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。(5) P2 口P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4个 TTL 门电流，当 P2 口被写”1” 时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。作为输入时，P2 口的管脚电位被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址”1” 时，它利用内部上拉的优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。(6) P3 口P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入 ”1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流(ILL) ，也是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，同时 P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。其具体功能如表 3.1 所示。表 3.1 P3 口的特殊功能端口定义 符号表示 功能描述P3.0 RXD 串行输入口P3.1 TXD 串行输出口P3.2 INT0 外部中断 0P3.3 INT1 外部中断 1P3.4 T0 定时器 0 外部输入P3.5 T1 定时器 1 外部输入P3.6 WR 外部数据存储器写选通P3.7 RD 外部数据存储器读选通(7) RST：复位输入端。当振荡器复位时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。本科毕业设计（论文）(8) ALE / PROG当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时，ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令时 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。(9) PSEN外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，每个机器周期 PSEN 两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 PSEN 信号将不出现。(10) EA/VPP当 EA 保持低电平时，访问外部 ROM；注意加密方式 1 时，EA 将内部锁定为 RESET；当 EA 端保持高电平时，访问内部 ROM。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源(VPP)。(11) XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。(12) XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.1.2 复位电路的设计单片机复位电路的设计如图 3.2 所示。该复位电路采用手动复位与上电复位相结合的方式。当按下按键 S1 时，VCC 通过 R1 电阻给复位输入端口一个高电平，实现复位功能，即手动复位。上电复位就是 VCC 通过电阻 R2 和电容 C构成回路，该回路是一个对电容 C 充电和放电的电路，所以复位端口得到一个周期性变化的电压值，并且有一定时间的电压值高于 CPU 复位电压，实现上电复位功能 7。本科毕业设计（论文）图 3.2 单片机复位电路3.1.3 晶振电路的设计单片机晶振电路的设计如图 3.3 所示。XTAL1（X1 ）为反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2(X2)是来自反向振荡器的输出。按照理论上 AT89C51 使用的是 12MHz 的晶振，但实测使用 11.0592MHz。所以设计者通常用的是 11.0592MHz。3.2 温度采集电路的设计由于传统的热敏电阻等测温元件测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部元件支持，且硬件电路复杂，制作成本相对较高。这里采用 DALLAS 公司的数字温度传感器 DS18B20 作为测温元件。本科毕业设计（论文）图 3.3 单片机晶振电路3.2.1 DS18B20 的简介DALLAS 最新单线数字温度传感器 DS18B20 是一种新型的”一线器件”，其体积更小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。DALLAS 半导体公司的数字化温度传感器 DS18B20 是世界上第一片支持” 一线总线”接口的温度传感器。温度测量范围为-55+125 摄氏度，可编程为 9 位12 位转换精度，测温分辨率可达 0.0625 摄氏度，分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在 EEPROM 中，掉电后依然保存。被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出；其工作电源既可以在远端引入，也可以采用寄生电源方式产生；多个DS18B20 可以并联到 3 根或 2 根线上，CPU 只需一根端口线就能与诸多DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。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 6。DS18B20 的性能特点如下： 独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条总线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯；本科毕业设计（论文） 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； 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； 适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电； 测温范围-55125，在-10+85 时精度为0.5； 零待机功耗； 可编程的分辨率为 912 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； 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； 用户可定义报警设置； 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件； 测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线 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； 负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作以上特点使 DS18B20 非常适用与多点、远距离温度检测系统。DS18B20 内部结构主要由四部分组成：64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。DS18B20 的管脚排列、各种封装形式如图 3.4 所示。其中，DQ 为数据输入/输出引脚，也可用作开漏单总线接口引脚，当被用在寄生电源工作方式下，可以向器件提供电源；GND 为地信号；VDD 为可选择的电源引脚，当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。其电路图 3.5 所示。本科毕业设计（论文）图 3.4 外部封装形式 图 3.5 传感器电路图3.2.2 DS18B20 内部结构图 3.6 为 DS1820 的内部结构框图，它主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光 ROM 单线接口、存放中间数据的高速暂存器(内含便笺式 RAM)，用于存储用户设定的温度上下限值的 TH 和 TL 触发器存储与控制逻辑、8 位循环冗余校验码(CRC) 发生器等七部分。DS18B20 采用 3 脚 PR35 封装或 8 脚 SOIC封装。其中，64 bit 闪速 ROM 的结构如下：8bit 校验 CRC 48bit 序列号 8bit 工厂代码(10H)MSB LSB MSB LSB MSB LSB开始的 8 位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有 48 位，最后 8 位是前面 56 位的 CRC 检验码，这也是多个 DS18B20 可以采用一线进本科毕业设计（论文）行通信的原因。温度报警触发器 TH 和 TL，可通过软件写入户报警上下限。主机操作 ROM 的命令有五种，如表 3.2 所示。图 3.6 DS18B20 内部结构框图温度传感器 DS18B20 的内部存储器还包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失性的可电擦除的 EERAM。高速暂存 RAM 的结构为 8 字节的存储器，结构如图 3.7 所示。图 3.7 高速暂存 RAM 结构图其中，前 2 个字节包含测得的温度信息，第 3 和第 4 字节 TH 和 TL 的拷贝，是本科毕业设计（论文）易失的，每次上电复位时被刷新。第 5 个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20 工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。暂存存储器的第 5 个字节是配置寄存器，可以通过相应的写命令进行配置，其内容如下：0 R1 R0 1 1 1 1 1 1MSB LSB其中 R0 和 R1 是温度值分辨率位，可按表 3.3 进行配置。表 3.3 温度值分辨率配置表R1 R0 分辨率 最大转换时间(ms)0 0 9 位 93.75ms(tconv/8)0 1 10 位 183.50ms(tconv /4)1 0 11 位 375ms(tconv /2)1 1 12 位 750ms(tconv)当 DS18B20 接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以 16 位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第 1、2 字节。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，数据格式以0.0625/LSB 形式表示。温度值格式如下：低 23 22 21 20 2-1 2-2 2-3 2-4高 S S S S S 26 25 24MSB LSB这是 12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 DS18B20 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，测到本科毕业设计（论文）的数值需要取反加 1 再乘于 0.0625 即可得到实际温度。格式中，S 表示位。对应的温度计算：当符号位 S=0 时，表示测得的温度植为正值，直接将二进制位转换为十进制；当 S=1 时，表示测得的温度植为负值，先将补码变换为原码，再计算十进制值。例如+125的数字输出为 07D0H，+25.0625的数字输出为0191H，-25.0625的数字输出为 FF6FH，-55 的数字输出为 FC90H。DS18B20 温度传感器主要用于对温度进行测量，数据可用 16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供，并以 0.0625/LSB 形式表示。表 3.4 是部分温度值对应的二进制温度表示数据。表 3.4 部分温度的二进制数表示温度 数字输出（二进制） 数字输出（16 进制）+125 00000111 11010000 07D0H+85 00000101 01010000 0550H+25.0625 00000001 10010001 0191H+10.125 00000000 10100010 00A2H+0.5 00000000 00001000 0008H0 00000000 00000000 0000H-0.5 11111111 11111000 FFF8H-10.125 11111111 01011110 FFE5H-25.0625 11111110 01101111 FF6FH-55 11111100 10010000 FC90HDS18B20 完成温度转换后，就把测得的温度值与 RAM 中的 TH、TL 字节内容作比较，若 TTH 或 T 0(480us+) - 1 2、响应DS18B20 检测到该上升沿后，延时 1560us，通过拉低总线 60240us 来产生应答脉冲。DQ: 1(1560us) - 0(60240us)本科毕业设计（论文）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: 04.2.2 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，如表 4.1 所示。表 4.1 ROM 操作命令指令类型 命令字节 功能说明Read Rom读 ROM33H 读取激光 ROM 中的 64 位，只能用于总线上单个DS18B20 器件情况，多挂时会发生数据冲突；Match Rom匹配 ROM55H 此命令后跟 64 位 ROM 序列号，寻址多挂总线上的对应 DS18B20，只有序列号完全匹配的 DS18B20 才能响应后面的内存操作命令，其他不匹配的将等待复位脉冲，可用于单挂或多挂两种情况；Skip Rom跳过 ROMCCH 可无须提供 64 位 ROM 序列号即可运行内存操作命令，只能用于单挂；Search Rom搜索 ROMF0H 通过一个排除法过程，识别出总线上所有器件的ROM 序列号；AlarmSearch报警搜索ECH 命令流程与 Search Rom 相同，但 DS18B20 只有最近的一次温度测量时满足了报警触发条件的，才会响应此命令。4.2.3 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，如表 4.2 所示。表 4.2 内存操作命令指令类型 命令字节功能说明本科毕业设计（论文）Write Scratchpad写暂存器4EH 写暂存器中地址 2地址 4 的 3 个字节(TH,TL 和配置寄存器)在发起复位脉冲之前，3 个字节都必须要写；Read Scratchpad读暂存器BEH 读取暂存器内容，从字节 0 一直到字节 8，共 9 个字节，主机可随时发起复位脉冲，停止此操作，通常我们只需读前 5 个字节；Copy Scratchpad复制暂存器48H 将暂存器中的内容复制进 EERAM，以便将温度告警触发字节存入非易失内存，如果此命令后主机产生读时隙，那么只要器件还在进行复制都会输出 0，复制完成后输出 1；Convert T 温度转换44H 开始温度转换操作，若在此命令后主机产生时隙，那么只要器件还在进行温度转换就会输出 0，转换完成后输出 1；Recall E2 重调 E2 暂存器B8H 将存储在 EERAM 中的温度告警触发值和配置寄存器值重新拷贝到暂存器中，此操作在 DS18B20 加电时自动产生；Read Power Supply读供电方式B4H 主机发起此命令后每个读数时隙内，DS18B20 会发信号通知它的供电方式：0 寄生电源，1 外部供电。4.2.4 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 上存在