教程43温度传感器ds18b

MCU起航

温度传感器DS18B20主要内容1、DS18B20的初步了解2、控制DS18B20的指令3、DS18B20的工作时序4、操作DS18B20的实例DS18B20的初步了解

DS18B20是Dallas半导体公司生成的一款数字式温度传感器，也有的地方说它的厂家是美国美信（MAXIM）半导体公司，其实也没错，因为美信在2001年收购了Dallas，它成为了美信的全资子公司。所以，说它是美信生产的没问题。DS18B20的初步了解 DS18B20有两大特点：1、数字式传感器，读取便捷；2、一线式总线（1-wirebus）通信，只占用一个IO脚。除此之外，它也有大量的优点： 1、每个器件都有一个唯一的64位序列号，可实现多点组网 2、应用电路设计简单，只需要很少的器件； 3、供电电压3.0~5.5V，也可以从数据引脚获取电源； 4、测量温度从-55°C到+125°C，在-10°C~+85°C时精度为±0.5°C；

5、温度计的分辨率从9位至12位可选，其中包含温度正负位； 6、用户可定义的非易失性报警设置；

7、多种封装方式：SO-8、μSOP-8以及TO-92，最后一种较为常见。DS18B20的初步了解 TO-92封装的18B20样式非常小巧，有三只脚，分别为：1脚GND，2脚数据，3脚电压，外形和直插式的三极管一模一样，接口电路如图所示。DS18B20的初步了解

18B20通过编程可以实现最高12位的温度转换，同时可识别温度正负。温度数据寄存器格式如表所示：

温度值被存在一个16位寄存器中，前面五位“S”为符号位：S=0，温度为正，S=1，温度为负。如果DS18B20被配置为12位分辨率，那么该16位寄存器中的所有bit都有效；如果是11位分辨率，那么bit0无效；如果是10位分辨率，那么bit0和bit1无效；如果是9位分辨率，那么bit0、bit1和bit2无效。LSBytebit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0232221202-12-22-32-4MSBytebit15bit14bit13bit12bit11bit10bit9bit8SSSSS262524DS18B20的初步了解温度数据表温度数字输出（二进制）数字输出（十六进制）+125°C000001111101000007D0h+85°C*00000101010100000550h+25.0625°C00000001100100010191h+10.125°C000000001010001000A2h+0.5°C00000000000010000008h0°C00000000000000000000h-0.5°C1111111111111000FFF8h-10.125°C1111111101011110FF5Eh-25.0625°C1111111001101111FE6Fh-55°C1111110010010000FC90hDS18B20的初步了解 以12位分辨率为例，二进制数最低位增加1，表示温度增加0.0625°C。0.5°C的二进制数换算成10进制后为8,0.0625×8结果刚好为0.5。 如果计算零下的温度值，需要先求得上述编码的补码。补码的计算过程是符号位不变，其余各位取反，然后加1。如表12.6所示，以-55°C为例，它的补码为1111101101110000，不考虑符号位，换算成十进制数为880,然后880×0.0625得到55，刚好符合表中的结果。控制DS18B20的指令

虽然长得和三极管很像，但是它真的是一款数字型、总线通信的温度传感器。想要控制它的话，需要先知道常用的控制指令有哪些。 访问一片DS18B20的顺序如下： 1、设备上电后，通过发送一定时序的高低电平，实现设备的初始化。 2、发送ROM命令，单片机的一个IO上可以挂载一个或多个DS18B20，所以此处可发送相关的ROM命令进行设备识别。 3、发送功能命令，例如启动温度转换、设置温度报警上下限等等。控制DS18B20的指令 首先看ROM相关的指令： 1、F0H-搜索ROM。用来确定挂在同一总线上的DS18B20有多少个，获得相应的ROM码。 2、33F-读ROM。一条总线上只接一个DS18B20时，发送该指令即可获取ROM码。 3、55H-匹配ROM。发出该命令后，接着发出一个64bit的ROM码，即可选定该码对应的设备。 4、CCH-跳过ROM。不检测64bit的ROM码，直接发送功能命令，常用于单个设备的情况。 5、ECH-搜索报警命令。该指令的功能和搜索ROM的功能类似，区别在于只有出现了报警标志的从设备才会返回自身的ROM码。执行该指令的前提是DS18B20设置了温度报警的功能。控制DS18B20的指令

6、44H-转换温度。DS18B20收到该指令后，根据当前温度，转换成相应的数据存入16bit的寄存器中。

7、4EH-写暂存器。DS18B20内部有9个字节的暂存器，暂存器地址从0至8。执行该指令后，需向DS18B20写入三个字节的数据：第一个字节写入温度上限寄存器TH（第三个暂存器），设置报警温度的上限；第二个字节写入温度下限寄存器TL（第四个暂存器），设置报警温度的下限；第三个字节写入配置寄存器（第五个暂存器），设置转换精度。写指令时，由于是串行传输，写入顺序为先写低位，后写高位。

8、BEH-读暂存器。从地址0开始，到地址8，可以依次读出暂存器的所有内容。如果只需要前面几个字节的内容，读出后对DS18B20进行复位设置，即可结束此次读过程。控制DS18B20的指令

9、48H-复制暂存器。执行该指令，可以把TH、TL、配置寄存器中的内容复制到EEPROM中，即使以后设备断电，上述内容也不会丢失。

10、B8H-读取EEPROM。执行该指令，会把EEPROM中的TH、TL、配置寄存器的值，分别存入暂存器中相应的位置。

11、B4H-读取供电模式。DS18B20有两种供电模式：外部电源供电与寄生电源供电。执行该指令后，寄生电源供电的DS18B20会把总线拉低，外部电源供电的DS18B20会把总线拉高。控制DS18B20的指令上面提到了一个9字节的暂存器和EEPROM，暂存器内部包括9个寄存器，具体内容如表所示：寄存器名称寄存器地址温度值低位（LSB）

（50H）0温度值高位（MSB）

（05H）1温度上限（TH）*2温度下限（TL）*3配置寄存器*4保留

（FFH）5保留

（0CH）6保留

（10H）7CRC校验值*8控制DS18B20的指令 先看温度值低位与温度值高位，每次上电复位后，这两个寄存器默认值都是固定的（50H与05H），如果直接读取的话，对应的温度值是85°C。

再看上表中带有*的寄存器，寄存器地址为2、3、4的值，可以通过复制暂存器的指令将三个值分别写入EEPROM中。而且，每次上电后这三位默认的值，也是自动从EEPROM中读取出来的。

接下来看“配置寄存器”，之所以说它是配置寄存器，是因为它能控制温度转换的精度：到底是9位、10位、11位还是12位。它是一个8bit的寄存器，格式如表所示：

R1与R0值由用户设置，其余6bit为固定值。R1与R0的值与转换精度对应的关系如表12.9所示：bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit00R1R011111R1R0分辨率最大转换时间009-bit93.75ms（tCONV/8）0110-bit187.5ms（tCONV/4）1011-bit375ms（tCONV/2）1112-bit750ms（tCONV）DS18B20的工作时序 DS18B20使用了比较严格的1-wire通信协议来确保数据的完整性，毕竟只有一条线，既要进行读操作，又要进行写操作，这样一个半双工通信要有规范的说明。

在该通信协议中定义了几个信号类型：复位脉冲、存在脉冲、写数据0、写数据1、读数据0和读数据1。除去存在脉冲，其它的信号都是由主机进行操作的。DS18B20的工作时序

首先是复位脉冲和存在脉冲，它们两个结合在一起，组成了DS18B20的初始化信号。首先，主机发送一个复位脉冲，然后DS18B20返回一个存在脉冲。当存在脉冲返回之后，说明DS18B20已经准备好了，随时开始工作。DS18B20的工作时序 DS18B20闲置状态下，保持数据脚为高电平： 1、把数据脚拉低，持续时间480us~960us，进行复位操作。 2、把数据脚拉高，将其释放。相当于把这条线的控制主动权交给DS18B20，勾引它做出应答。持续时间15~60us。 3、DS18B20变得主动以后，只要器件本身没有质量问题，会向主机发出一个存在脉冲，也有的地方叫“应答脉冲”，毕竟有来有往的才叫通信，有来无往的只能叫做广播。存在脉冲为低电平脉冲，持续时间60~240us。所以主机只要在存在脉冲的时间内检测数据脚的电压，持续为低的话，说明DS18B20初始化正常。DS18B20的工作时序

初始化完成后，进入写指令和读数据的阶段。在写操作中，有两种信号类型：0和1，时序图如图所示DS18B20的工作时序 先看写0时隙（TIMESLOT），按照此时隙操作总线，可以向DS18B20写入1bit数据0。过程如下：先把总线拉低，维持低电平至少60us即可。 再看写1时隙（TIMESLOT），按照次时隙操作总线，可以向DS18B20写入1bit数据1。过程如下：先把总线拉低，至少维持1us低电平，然后在14us内释放总线，让上拉电阻将总线拉高。 向DS18B20写入数据的原理：无论写入0还是1，都要先把总线拉低，拉低的目的在于提醒DS18B20：我要给你写数据了，准备接收。DS18B20收到提醒后的15us开始，就要采样总线上的数据，此时总线上的数据是0，那就采集到0，如果是1，那就采集到1。DS18B20的工作时序再来看读操作，依然要读取0和1两种信号。先看时隙图DS18B20的工作时序 首先，DS18B20无法主动向主机发送数据，只有当主机告诉它我要读数据的时候才可以。因此，主机需要先向DS18B20发出一个读数据之类的指令（例如读暂存器），然后紧跟读时隙的操作。所有读时隙的操作不能超过60us，每两个读时隙的操作之间，至少间隔1us的恢复时间。

主机拉低总线至少1us后，然后释放总线，将总线的控制权交给DS18B20。此时DS18B20会通过拉高或拉低总线的方式，传输数据1或0。从总线拉低开始算起，数据1或0的有效时间为15us，因此主机必须在有效时间内对总线进行采样。15us之后，无论数据是1是0，总线都维持高电平。操作DS18B20的实例这里使用外部电源供电，总线上挂载一个DS18B20，控制流程如下：1、初始化DS18B20；2、发送命令0xCC，跳过读ROM；3、发送命令0x44，DS18B20将当前温度转换为数据，存入暂存器；4、等待一段时间，复位DS18B20，重新初始化；5、发送命令0xBE，告诉DS18B20，我要读取暂存器里面的数据；6、进行读操作，将温度值读出、保存。7、因为只需要读暂存器的前两位，温度读出后，发出480us~960us的低电平，复位DS18B20。操作DS18B20的实例为什么第3步执行完，要重新初始化，直接跳到第5步行么？答案是：不行。首先，前面提到了DS18B20的控制顺序：1、初始化；2、ROM指令；3、功能指令。所以每个ROM指令后面只能跟一个功能指令，如果再想发送ROM指令的话，那就重新初始化DS18B20。其次，为什么第4步里面先进行了一个延时，然后才是重新初始化？就像PCF8591进行AD转换一样，DS18B20转换温度也是需要一定时间的，不可能指