《单片机应用技术》课件-5.2.1 DS18B20数字温度传感器单总线通信

DS18B20数字温度传感器单总线通信单片机应用技术目

录02DS18B20数字温度传感器的工作原理01DS18B20数字温度传感器的概述04驱动函数的开发03单总线通信协议01DS18B20数字温度传感器的概述PART01DS18B20数字温度传感器的概述01DS18B20DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃可编程为9位～12位A/D转换精度测温分辨率可达0.0625℃工作电源可在远端引入，可采用寄生电源方式产生；DS18B20数字温度传感器的概述01DS18B20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。适用于远距离多点温度检测系统DS18B20数字温度传感器的概述01DS18B20内部结构64位ROM内容是64位序列号，可以DS18B20的地址序列码，作用是使每个DS18B20都各不相同，以此实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。DS18B20数字温度传感器的概述01DS18B20内部结构9字节暂存器温度传感器上限触发TH高温报警器下限触发TL低温报警器高速暂存器8位CRC产生器DS18B20数字温度传感器的概述01DS18B20的管脚排列DQ：数字信号输入／输出端GND：电源地VDD：外接供电电源输入端ROM中的64位序列号出厂前被光刻好，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。DS18B20数字温度传感器的概述01DS18B20的管脚排列64位ROM的排的循环冗余校验码（CRC=X8＋X5＋X4＋1）ROM的作用使每一个DS18B20都各不相同，这样可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。02DS18B20数字温度传感器的工作原理PART02DS18B20数字温度传感器的工作原理02DS18B20采用基于振荡器频率差的测温原理核心逻辑利用两个振荡器的频率--温度特性差异，将温度变化转化为可计数的脉冲差异”，内部包含两个核心振荡器，其频率与温度的关联是测温的关键。DS18B20数字温度传感器的工作原理02低温度系数振荡器（LTC）振荡频率受温度影响极小，能产生固定频率的脉冲信号，核心作用是设定一个固定的“计数窗口时间”，相当于测温系统的“标准计时器”，为温度判断提供稳定的时间基准；高温度系数振荡器（HTC）振荡频率随温度变化显著，核心特性是温度升高，振荡频率加快；温度降低，振荡频率减慢，相当于测温系统的“温度敏感脉搏”，温度不同，固定时间内的“脉搏次数”就不同，其输出脉冲用于被计数，直接关联温度高低。DS18B20数字温度传感器的工作原理02测温过程核心步骤：“用标准秒表计时，看沙漏流完期间秒表走了多少格”测温前将-55℃对应的基数置入减法计数器1和温度寄存器；计数门开启减法计数器1对高温度系数振荡器的“温度敏感脉冲”进行计数；同时减法计数器2对低温度系数振荡器的“标准脉冲”计数，直到减法计数器2计数完成，就关闭计数门；DS18B20数字温度传感器的工作原理02斜率累加器用于补偿测温非线性误差，通过修正计数结果提升测量精度。计数结束减法计数器1的计数结果直接对应温度高低。温度越高，HTC频率越快固定窗口时间内的脉冲数越多，减法计数器1的计数次数越多，温度寄存器最终数值越大；温度越低，HTC频率越慢脉冲数越少，计数次数越少，温度寄存器数值越小（对应实际温度越低），此时寄存器中的数值即为被测温度；03单总线通信协议PART03单总线通信协议03DS18B20核心通信方式所有数据传输均通过DQ引脚完成，通信过程严格遵循“复位-应答-ROM指令-功能指令-数据传输”的时序规范，任何时序偏差都会导致通信失败。单总线通信协议031.复位与应答时序主机拉低DQ引脚至少480μs（复位脉冲）；主机释放DQ引脚，等待传感器响应；传感器在主机释放总线后15~60μs内拉低DQ引脚15~60μs（存在脉冲），表示传感器在线；传感器释放DQ引脚，主机检测到存在脉冲后，完成复位应答流程。主机需先发送复位脉冲，传感器响应存在脉冲后，方可进行后续通信。复位函数关键代码单总线通信协议032.ROM指令与功能指令复位应答完成后，主机需先发送ROM指令（8位），再发送功能指令（8位），传感器根据指令执行对应操作。常用ROM指令SkipROM（0xCC）：跳过ROM地址匹配，直接访问所有传感器，适用于单设备场景；ReadROM（0x33）：读取传感器64位ROM序列号，适用于单设备场景地址确认；MatchROM（0x55）：匹配指定ROM地址，仅选中的传感器响应后续功能指令，适用于多设备场景；SearchROM（0xF0）：扫描总线上所有传感器的ROM序列号，用于多设备地址识别。单总线通信协议032.ROM指令与功能指令复位应答完成后，主机需先发送ROM指令（8位），再发送功能指令（8位），传感器根据指令执行对应操作。常用功能指令ConvertT（0x44）：启动温度转换，转换完成后温度数据存入高速暂存器；ReadScratchpad（0xBE）：读取高速暂存器数据；WriteScratchpad（0x4E）：写入TH、TL和配置寄存器数据；CopyScratchpad（0x48）：将高速暂存器中的TH、TL和配置寄存器数据复制到非挥发存储器，掉电保存。单总线通信协议033.温度数据格式与转换温度转换完成后，结果以16位补码形式存储在高速暂存器的第0字节和第1字节，单位为摄氏度。符号位S=0时为正值S=1时为负值数据位12位分辨率时所有位有效9位分辨率时低3位无效实际温度=（16位补码数据）×0.0625℃04驱动函数的开发PART04驱动函数的开发041.延时函数单总线对时间非常敏感，必须使用经过校准的延时函数驱动函数的开发042.初始化函数发送复位脉冲并检测存在脉冲驱动函数的开发043.写字节函数