51单片机DS18B20温度传感器原理及实验 |
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51单片机DS18B20温度传感器原理及实验
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DS18B20简介外部结构内部结构数据温度的读取实验程序实现附
DS18B20简介
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。 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。 外部结构 外部实物图
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。 内部结构 内部结构图
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。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 结构：
配置寄存器是配置不同的位数来确定温度和数字的转化，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℃。在初始状态下默认的精度是 12 位，即 R0=1、 R1=1。 R0 和 R1 配置如图： 
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。 如图，存储的两个字节，一个字节8位共16位，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。 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。 举个例子： 
单总线上的所有通信都是以初始化时序开始。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（外部上来电阻接高电平），延时 15～60 us，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。 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。 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。 温度读取过程 DS18B20 的典型温度读取过程为：复位→发 SKIP ROM 命令（0XCC）→发开始转换命令（0X44）→延时→复位→发送 SKIP ROM 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。 实验 实现功能 系统运行时，插上 DS18B20 温度传感器，数码管显示检测的温度值。实现原理 动态数码管显示原理 （查看动态数码管显示原理笔记） DS18B20温度读取原理 原理图：
程序实现
第一部分 头文件 #ifndef __TEMP_H_ #define __TEMP_H_ #include //---重定义关键词---// #ifndef uchar //条件定义 #define uchar unsigned char //无符号字符型 #endif #ifndef uint #define uint unsigned int //无符号整型 #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第二部分 传感器温度读取过程 （1）初始化时序
如图，先将总线拉高，延时后，DS18B20做出相应将总线拉低，则初始化完成。 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，说明总线没有被拉低，初始化失败 { return 0;//初始化失败 } } return 1;//若为低电平，直接跳过while循环初始化成功 }（2）写时序 （3）读时序 |
以85度为例，温度大于0，所以看到两个字节的前5位为0，然后二进制转十进制：26+24+22+20=85. 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
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