【常用传感器】DS18B20温度传感器原理详解及例程代码

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【常用传感器】DS18B20温度传感器原理详解及例程代码

2024-06-20 02:06| 来源: 网络整理| 查看: 265

数字温度传感器（DS18B20）

DS18B20是一款常用的高精度的单总线数字温度测量芯片。具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。

在这里插入图片描述

传感器参数

测温范围为-55℃到+125℃，在-10℃到+85℃范围内误差为±0.4°。

返回16位二进制温度数值

主机和从机通信使用单总线，即使用单线进行数据的发送和接收

在使用中不需要任何外围元件，独立芯片即可完成工作。

掉电保护功能 DS18B20 内部含有 EEPROM ，通过配置寄存器可以设定数字转换精度和报警温度，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。

每个DS18B20都有独立唯一的64位-ID，此特性决定了它可以将任意多的DS18b20挂载到一根总线上，通过ROM搜索读取相应DS18B20的温度值

宽电压供电，电压2.5V~5.5V

DS18B20返回的16位二进制数代表此刻探测的温度值，其高五位代表正负。如果高五位全部为1，则代表返回的温度值为负值。如果高五位全部为0，则代表返回的温度值为正值。后面的11位数据代表温度的绝对值，将其转换为十进制数值之后，再乘以0.0625即可获得此时的温度值。

传感器引脚及原理图

DS18B20传感器的引脚及封装图如下:

在这里插入图片描述 DS18B20一共有三个引脚，分别是：

GND：电源地线DQ：数字信号输入／输出端。VDD：外接供电电源输入端。

单个DS18B20接线方式： VDD接到电源，DQ接单片机引脚，同时外加上拉电阻，GND接地

注意这个上拉电阻是必须的，就是DQ引脚必须要一个上拉电阻

DS18B20上拉电阻

首先我们要知道什么是漏极开路：

首先看一下场效应管（MOSFET）在这里插入图片描述场效应管是电压控制型元器件，只要对栅极施加一定电压，DS就会导通。

漏极开路：MOS管的栅极G和输入连接，源极S接公共端，漏极D悬空（开路）什么也没有接，直接输出，这时只能输出低电平和高阻态，不能输出高电平。

那么这个时候会出现三种情况：

图a为正常输出（内有上拉电阻）：场效应管导通时，输出低电位输出低电位，截止时输出高电位。

图b为漏极开路输出，外接上拉电阻：场效应管导通时，驱动电流是从外部的VCC流经电阻通过MOSFET到GND，输出低电位，截止时输出高电位。

图c为漏极开路输出，无外接上拉电阻：场效应管导通时输出低电位，截止呈高阻态(断开)。在这里插入图片描述

总结：

开漏输出只能输出低电平，不能输出高电平。漏极开路输出高电平时必须在输出端与正电源（VCC）间外接一个上拉电阻。否则只能输出高阻态。

DS18B20 是单线通信，即接收和发送都是这个通信脚进行的。其接收数据时为高电阻输入，其发送数据时是开漏输出，本身不具有输出高电平的能力，即输出0时通过MOS下拉为低电平，而输出1时，则为高阻，需要外接上拉电阻将其拉为高电平。因此，需要外接上拉电阻，否则无法输出1。

外接上拉电阻阻值：

DS18B20的工作电流约为1mA，VCC一般为5V，则电阻R=5V/1mA=5KΩ，

所以正常选择4.7K电阻，或者相近的电阻值。

DS18B20寄生电源

DSl8B20的另一个特点是不需要再外部供电下即可工作。当总线高电平时能量由单线上拉电阻经过DQ引脚获得。高电平同时充电一个内部电容，当总线低电平时由此电容供应能量。这种供电方法被称为“寄生电源”。另外一种选择是DSl8B20由接在VDD的外部电源供电在这里插入图片描述

DS18B20内部构成

主要由以下3部分组成： 64 位ROM，高速暂存器，存储器

64 位ROM存储独有的序列号

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的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

高速暂存器包含：

温度传感器一个字节的温度上限和温度下限报警触发器(TH和TL)配置寄存器允许用户设定9位，10位，11位和12位的温度分辨率，分别对应着温度的分辨率为：0.5°C，0.25°C，0.125°C，0.0625°C，默认为12位分辨率，

存储器：由一个高速的RAM和一个可擦除的EEPROM组成，EEPROM存储高温和低温触发器(TH和TL)以及配置寄存器的值，(就是存储低温和高温报警值以及温度分辨率) 在这里插入图片描述

DS18B20高速缓存器

高速暂存器由9个字节组成

字节0~1 是温度存储器，用来存储转换好的温度。第0个字节存储温度低8位，第一个字节存储温度高8位字节2~3 是用户用来设置最高报警和最低报警值(TH和TL)。字节4 是配置寄存器，用来配置转换精度，可以设置为9~12 位。字节5~7 保留位。芯片内部使用字节8 CRC校验位。是64位ROM中的前56位编码的校验码。由CRC发生器产生。在这里插入图片描述

DS18B20温度读取与计算

DS18B20采用16位补码的形式来存储温度数据，温度是摄氏度。当温度转换命令发布后，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。

高字节的五个S为符号位，温度为正值时S=1,温度为负值时S=0

剩下的11位为温度数据位，对于12位分辨率，所有位全部有效，对于11位分辨率，位0(bit0)无定义，对于10位分辨率，位0和位1无定义,对于9位分辨率，位0，位1，和位2无定义

在这里插入图片描述

对应的温度计算：

当五个符号位S=0时，温度为正值，直接将后面的11位二进制转换为十进制，再乘以0.0625(12位分辨率)，就可以得到温度值;

当五个符号位S=1时，温度为负值，先将后面的11位二进制补码变为原码(符号位不变，数值位取反后加1)，再计算十进制值。再乘以0.0625(12位分辨率)，就可以得到温度值;

例如：

+125℃的数字输出07D0(00000111 11010000) 　转换成10进制是2000，对应摄氏度：0.0625x2000=125°C

-55℃的数字输出为 FC90。　　首先取反，然后+1，转换成原码为：11111011 01101111 数值位转换成10进制是870，对应摄氏度：-0.0625x870=-55°C

在这里插入图片描述代码：

unsigned int Templ,Temp2,Temperature; //Templ低八位，Temp2高八位 unsigned char Minus Flag=0; //负温度标志位 if（Tenp2＆0xFC）//判断符号位是否为1 { Minus Flag=l; //负温度标志位置1 Temperature=((Temp20;t--); } /*****初始化DS18B20*****/ unsigned char Init_DS18B20(void) { unsigned char x=0; DQ = 1; //DQ复位 delay(8); //稍做延时 DQ = 0; //单片机将DQ拉低 delay(80); //精确延时，大于480us DQ = 1; //拉高总线 delay(8); x = DQ; //稍做延时后，如果x=0则初始化成功，x=1则初始化失败 delay(4); return x; } /*****读一个字节*****/ unsigned char ReadOneChar(void) { unsigned char i=0; unsigned char dat = 0; for (i=8;i>0;i--) { DQ = 0; // 给脉冲信号 dat>>=1; DQ = 1; // 给脉冲信号 if(DQ) dat|=0x80; delay(4); } return(dat); } /*****写一个字节*****/ void WriteOneChar(unsigned char dat) { unsigned char i=0; for (i=8; i>0; i--) { DQ = 0; DQ = dat&0x01; delay(4); DQ = 1; dat>>=1; } delay(4); } /*****读取温度*****/ int ReadTemperature(void) { unsigned char a=0; unsigned char b=0; unsigned int t=0; t=Init_DS18B20(); if(t) return Real_temp; WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0x44); //启动温度转换 t=Init_DS18B20(); if(t) return Real_temp; WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0xBE); //读取温度寄存器 a=ReadOneChar(); //读低8位 b=ReadOneChar(); //读高8位 t=b; t

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