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单片机：DS18B20温度传感器原理

DS18B20数字温度传感器接线方便，封装后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。

DS18B20的特点

  1. 电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电
  2. 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实物图

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DS18B20的内部结构

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(1) 64位(激)光刻只读存储器

光刻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。

(2) DS18B20温度转换规则

DS18B20的核心功能是它可以直接读出数字的温度数值。温度传感器的精度为用户可编程的9，10，11或12位，分别以0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃增量递增。在上电状态下默认的精度为12位。
DS18B20启动后保持低功耗等待状态,当需要执行温度测量和AD转换时，总线控制器必须发出[44h]命令。转换完以后，产生的温度数据以两个字节的形式被存储到高速暂存器的温度寄存器中，DS18B20继续保持等待状态。

这是12位转化后得到的12位数据，存储在DS18B20的两个8位的RAM中，高字节的前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以0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为‘1’，测到的数值需要先减1再取反再乘以0.0625即可得到实际温度。
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(3) DS18B20温度传感器的存储器

DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高度的暂存器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和结构寄存器。

(4) 配置寄存器

存储器的第4位为配置寄存器，其组织见图8，用户可按表3所示设置R0和R1位来设定DS18B20的精度。上电默认设置：R0=1、R1=1(12位精度)。注意：精度和转换时间之间有直接的关系。暂存器的位7和位0-4被器件保留，禁止写入。
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DS18B20的ROM指令表

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DS18B20初始化

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  1. 先将数据线置高电平1.
  2. 延时（该时间要求不是很严格，但是要尽可能短一点）。
  3. 数据线拉到低电平“0”。
  4. 延时750us（该时间的时间范围可以从480到960微妙）。
  5. 数据线拉到高电平“1”。
  6. 延时等待。如果初始化成功，则在15到60微妙时间内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。根据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时判断。
  7. 若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要480微妙。
  8. 将数据线再次拉到高电平1后结束。

DS18B20读时序

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  1. 将数据线拉低“0”。
  2. 延时1微妙。
  3. 将数据线拉高“1”,释放总线准备读数据。
  4. 延时10微妙。
  5. 读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理。
  6. 延时45微妙。
  7. 重复1～7步骤，直到读完一个字节。

DS18B20写时序

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  1. 数据线先置低电平“0”
  2. 延时15微妙。
  3. 按从低位到高位的顺序发送数据(一次只发送一位)。
  4. 延时60微妙。
  5. 将数据线拉到高电平1。
  6. 重复1～5步骤，直到发送完整的字节。
  7. 最后将数据线拉高。

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实验

检测环境温度并在数码管显示

main.c

/**************************************************************************************
*		              DS18B20温度传感器实验												  *
实现现象：下载程序后，在温度传感器接口处，按照丝印方向插好温度传感器，数码管就会显示
			检测的温度值，
注意事项：																				  
***************************************************************************************/

#include "reg52.h"			 //此文件中定义了单片机的一些特殊功能寄存器
#include"temp.h"	

typedef unsigned int u16;	  //对数据类型进行声明定义
typedef unsigned char u8;

sbit LSA=P2^2;
sbit LSB=P2^3;
sbit LSC=P2^4;


char num=0;
u8 DisplayData[8];
u8 code smgduan[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : delay
* 函数功能		   : 延时函数，i=1时，大约延时10us
*******************************************************************************/
void delay(u16 i)
{
	while(i--);	
}


/*******************************************************************************
* 函 数 名         : datapros()
* 函数功能		   : 温度读取处理转换函数
* 输    入         : temp
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/

void datapros(int temp) 	 
{
   	float tp;  
	if(temp< 0)				//当温度值为负数
  	{
		DisplayData[0] = 0x40; 	  //   -
		//因为读取的温度是实际温度的补码，所以减1，再取反求出原码
		temp=temp-1;
		temp=~temp;
		tp=temp;
		temp=tp*0.0625*100+0.5;	
		//留两个小数点就*100，+0.5是四舍五入，因为C语言浮点数转换为整型的时候把小数点
		//后面的数自动去掉，不管是否大于0.5，而+0.5之后大于0.5的就是进1了，小于0.5的就
		//算加上0.5，还是在小数点后面。
 
  	}
 	else
  	{			
		DisplayData[0] = 0x00;
		tp=temp;//因为数据处理有小数点所以将温度赋给一个浮点型变量
		//如果温度是正的那么，那么正数的原码就是补码它本身
		temp=tp*0.0625*100+0.5;	
		//留两个小数点就*100，+0.5是四舍五入，因为C语言浮点数转换为整型的时候把小数点
		//后面的数自动去掉，不管是否大于0.5，而+0.5之后大于0.5的就是进1了，小于0.5的就
		//算加上0.5，还是在小数点后面。
	}
	DisplayData[1] = smgduan[temp / 10000];
	DisplayData[2] = smgduan[temp % 10000 / 1000];
	DisplayData[3] = smgduan[temp % 1000 / 100] | 0x80;
	DisplayData[4] = smgduan[temp % 100 / 10];
	DisplayData[5] = smgduan[temp % 10];
}


/*******************************************************************************
* 函数名         :DigDisplay()
* 函数功能		 :数码管显示函数
* 输入           : 无
* 输出         	 : 无
*******************************************************************************/
void DigDisplay()
{
	u8 i;
	for(i=0;i<6;i++)
	{
		switch(i)	 //位选，选择点亮的数码管，
		{
			case(0):
				LSA=0;LSB=0;LSC=0; break;//显示第0位
			case(1):
				LSA=1;LSB=0;LSC=0; break;//显示第1位
			case(2):
				LSA=0;LSB=1;LSC=0; break;//显示第2位
			case(3):
				LSA=1;LSB=1;LSC=0; break;//显示第3位
			case(4):
				LSA=0;LSB=0;LSC=1; break;//显示第4位
			case(5):
				LSA=1;LSB=0;LSC=1; break;//显示第5位	
		}
		P0=DisplayData[5-i];//发送数据
		delay(100); //间隔一段时间扫描	
		P0=0x00;//消隐
	}		
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : main
* 函数功能		 : 主函数
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void main()
{	
	while(1)
	{
		datapros(Ds18b20ReadTemp());	 //数据处理函数
		DigDisplay();//数码管显示函数		
	}		
}

temp.h

#ifndef __TEMP_H_
#define __TEMP_H_

#include<reg52.h>
//---重定义关键词---//
#ifndef uchar
#define uchar unsigned char
#endif

#ifndef uint 
#define uint unsigned int
#endif

//--定义使用的IO口--//
sbit DSPORT=P3^7;

//--声明全局函数--//
void Delay1ms(uint );
uchar Ds18b20Init();
void Ds18b20WriteByte(uchar com);
uchar Ds18b20ReadByte();
void  Ds18b20ChangTemp();
void  Ds18b20ReadTempCom();
int Ds18b20ReadTemp();

#endif

temp.c

#include"temp.h"
/*******************************************************************************
* 函 数 名         : Delay1ms
* 函数功能		   : 延时函数
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/

void Delay1ms(uint y)
{
	uint x;
	for( ; y>0; y--)
	{
		for(x=110; x>0; x--);
	}
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名         : Ds18b20Init
* 函数功能		   : 初始化
* 输    入         : 无
* 输    出         : 初始化成功返回1，失败返回0
*******************************************************************************/

uchar Ds18b20Init()
{
	uchar i;
	DSPORT = 0;			 //将总线拉低480us~960us
	i = 70;	
	while(i--);//延时642us
	DSPORT = 1;			//然后拉高总线，如果DS18B20做出反应会将在15us~60us后总线拉低
	i = 0;
	while(DSPORT)	//等待DS18B20拉低总线
	{
		Delay1ms(1);
		i++;
		if(i>5)//等待>5MS
		{
			return 0;//初始化失败
		}
	
	}
	return 1;//初始化成功
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : Ds18b20WriteByte
* 函数功能		   : 向18B20写入一个字节
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/

void Ds18b20WriteByte(uchar dat)
{
	uint i, j;

	for(j=0; j<8; j++)
	{
		DSPORT = 0;	     	  //每写入一位数据之前先把总线拉低1us
		i++;
		DSPORT = dat & 0x01;  //然后写入一个数据，从最低位开始
		i=6;
		while(i--); //延时68us，持续时间最少60us
		DSPORT = 1;	//然后释放总线，至少1us给总线恢复时间才能接着写入第二个数值
		dat >>= 1;
	}
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名         : Ds18b20ReadByte
* 函数功能		   : 读取一个字节
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/


uchar Ds18b20ReadByte()
{
	uchar byte, bi;
	uint i, j;	
	for(j=8; j>0; j--)
	{
		DSPORT = 0;//先将总线拉低1us
		i++;
		DSPORT = 1;//然后释放总线
		i++;
		i++;//延时6us等待数据稳定
		bi = DSPORT;	 //读取数据，从最低位开始读取
		/*将byte左移一位，然后与上右移7位后的bi，注意移动之后移掉那位补0。*/
		byte = (byte >> 1) | (bi << 7);						  
		i = 4;		//读取完之后等待48us再接着读取下一个数
		while(i--);
	}				
	return byte;
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名         : Ds18b20ChangTemp
* 函数功能		   : 让18b20开始转换温度
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/

void  Ds18b20ChangTemp()
{
	Ds18b20Init();
	Delay1ms(1);
	Ds18b20WriteByte(0xcc);		//跳过ROM操作命令		 
	Ds18b20WriteByte(0x44);	    //温度转换命令
	//Delay1ms(100);	//等待转换成功，而如果你是一直刷着的话，就不用这个延时了
   
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名         : Ds18b20ReadTempCom
* 函数功能		   : 发送读取温度命令
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/

void  Ds18b20ReadTempCom()
{	

	Ds18b20Init();
	Delay1ms(1);
	Ds18b20WriteByte(0xcc);	 //跳过ROM操作命令
	Ds18b20WriteByte(0xbe);	 //发送读取温度命令
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名         : Ds18b20ReadTemp
* 函数功能		   : 读取温度
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/

int Ds18b20ReadTemp()
{
	int temp = 0;
	uchar tmh, tml;
	Ds18b20ChangTemp();			 	//先写入转换命令
	Ds18b20ReadTempCom();			//然后等待转换完后发送读取温度命令
	tml = Ds18b20ReadByte();		//读取温度值共16位，先读低字节
	tmh = Ds18b20ReadByte();		//再读高字节
	temp = tmh;
	temp <<= 8;
	temp |= tml;
	return temp;
}

版权声明：本文为CSDN博主「acktomas」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/acktomas/article/details/104265283

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acktomas

我还没有学会写个人说明！

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