DS18B20温度传感器
DS18B20是DALLAS公司的1-Wire(单总线)数字温度计芯片，温度测量范围从-55℃至+125℃。
DS18B20使用方便，单片机和DS18B20仅需连接一条数据线，在寄生供电方式下可以不接电源线，DS18B20工作所需的电源可以从数据线获得。
与传统的温度测量方式不同，DS18B20的温度转换结果可直接从数据线读出，在-10℃至+85℃测量精度可达0.5℃。
鉴于以上优点DS18B20自问世以来就广泛的应用于恒温控制系统，消费类产品，电子温度计以及数字环境监测系统。
基本功能：
数字温度计的基本功能如下：
- AT89C51每间隔1秒向DS18B20发送测量温度指令，并读出当前环境温度；
- 在读出当前环境温度值后，用LCD1602显示温度转换的结果；
DS18B20内部结构图：
DS18B20内部威廉希尔官方网站
原理图：
重要之处：
DS18B20的命令序列及操作时序
1.命令序列
典型的单总线命令序列如下：
第一步：初始化；
第二步：ROM命令；
第三步：功能命令。
每次访问单总线器件，必须严格遵守这个命令序列，如果出现序列混乱，则单总线器件不会响应主机。但是，这个准则对于搜索ROM命令和报警搜索命令列外，在执行两者中任何一条命令之后，主机不能执行其后的功能命令，必须返回至第一步。
(1)初始化
基于单总线上的所有传输过程都是以初始化开始的，初始化过程中由主机发出的复位脉冲和从机响应的应答脉冲组成。应答脉冲使主机知道，总线上有从机设备，且准备就绪。
bit Get18B20Ack()
{
bit ack;
EA = 0; //禁止总中断
IO_18B20 = 0; //产生 500us 复位脉冲
DelayX10us(50);
IO_18B20 = 1;
DelayX10us(6); //延时 60us
ack = IO_18B20; //读取存在脉冲
while(!IO_18B20); //等待存在脉冲结束
EA = 1; //重新使能总中断
return ack;
}
首先单片机要拉低这个引脚，持续大概 480us 到 960us 之间的时间即可，我们的程序中持续了 500us。然后，单片机释放总线，就是给高电平，DS18B20 等待大概 15 到 60us 后，会主动拉低这个引脚大概是 60 到240us，而后 DS18B20 会主动释放总线，这样 IO 口会被上拉电阻自动拉高。
由于 DS18B20 时序要求非常严格，所以在操作时序的时候，为了防止中断干扰总线时序，先关闭总中断。然后第一步，拉低 DS18B20 这个引脚，持续 500us；第二步，延时 60us；第三步，读取存在脉冲，并且等待存在脉冲结束。
(2)ROM命令
总线上可以挂多个器件，通过不同的器件地址来访问不同的器件。同样， 1-Wire 总线也可以挂多个器件，但是它只有一条线，如何区分不同的器件呢？
在每个 DS18B20 内部都有一个唯一的 64 位长的序列号，这个序列号值就存在 DS18B20内部的 ROM 中。开始的 8 位是产品类型编码（DS18B20 是 0x10），接着的 48 位是每个器件唯一的序号，最后的 8 位是 CRC 校验码。 DS18B20 可以引出去很长的线，最长可以到几十米，测不同位置的温度。单片机可以通过和 DS18B20 之间的通信，获取每个传感器所采集到的温度信息，也可以同时给所有的 DS18B20 发送一些指令。这些指令相对来说比较复杂，而且应用很少。
我们这里只讲一条总线上只接一个器件的指令和程序。
Skip ROM（跳过 ROM）： 0xCC。当总线上只有一个器件的时候，可以跳过 ROM，不进行 ROM 检测。
(3) RAM 存储器操作指令
Read Scratchpad（读暂存寄存器）： 0xBE
DS18B20 的温度数据是 2 个字节，我们读取数据的时候，先读取到的是低字节的低位，读完了第一个字节后，再读高字节的低位，直到两个字节全部读取完毕。
Convert Temperature（启动温度转换）： 0x44
当我们发送一个启动温度转换的指令后， DS18B20 开始进行转换。从转换开始到获取温度， DS18B20 是需要时间的，而这个时间长短取决于 DS18B20 的精度。
///
2、 DS18B20 的位读写时序///重点
当要给 DS18B20 写入 0 的时候，单片机直接将引脚拉低，持续时间大于 60us 小于 120us就可以了。图上显示的意思是，单片机先拉低 15us 之后， DS18B20 会在从 15us 到 60us 之间的时间来读取这一位， DS18B20 最早会在 15us 的时刻读取，典型值是在 30us 的时刻读取，最多不会超过60us， DS18B20 必然读取完毕，所以持续时间超过 60us 即可。
当要给 DS18B20 写入 1 的时候，单片机先将这个引脚拉低，拉低时间大于 1us，然后马上释放总线，即拉高引脚，并且持续时间也要大于 60us。和写 0 类似的是， DS18B20 会在15us 到 60us 之间来读取这个 1。可以看出来， DS18B20 的时序比较严格，写的过程中最好不要有中断打断，但是在两个“位”之间的间隔，是大于 1 小于无穷的，那在这个时间段，我们是可以开中断来处理其它程序的。发送即写入一个字节的数据程序如下。
void Write18B20(unsigned char dat)
{
unsigned char mask;
EA = 0; //禁止总中断
for (mask=0x01; mask!=0; mask<<=1) //低位在先，依次移出 8 个 bit
{
IO_18B20 = 0; //产生 2us 低电平脉冲
_nop_();
_nop_();
if ((mask&dat) == 0) //输出该 bit 值
IO_18B20 = 0;
else
IO_18B20 = 1;
DelayX10us(6); //延时 60us
IO_18B20 = 1; //拉高通信引脚
}
EA = 1; //重新使能总中断
}
当要读取 DS18B20 的数据的时候，我们的单片机首先要拉低这个引脚，并且至少保持1us 的时间，然后释放引脚，释放完毕后要尽快读取。从拉低这个引脚到读取引脚状态，不能超过 15us。大家从图 16-18 可以看出来，主机采样时间，也就是 MASTER SAMPLES，是在 15us 之内必须完成的，读取一个字节数据的程序如下。
/* 从 DS18B20 读取一个字节，返回值-读到的字节 */
unsigned char Read18B20()
{
unsigned char dat;
unsigned char mask;
EA = 0;
for(mask=0x01; mask!=0; mask<<=1)
{
IO_18B20 = 0;
_nop_();
_nop_();
IO_18B20 = 1;
_nop_();
_nop_();
if(!IO_18B20) //读取通信引脚上的值
dat &= ~mask;
else
dat |= mask;
DelayX10us(6);
}
EA = 1;
return dat;
}
//
DS18B20温度传感器
DS18B20是DALLAS公司的1-Wire(单总线)数字温度计芯片，温度测量范围从-55℃至+125℃。
DS18B20使用方便，单片机和DS18B20仅需连接一条数据线，在寄生供电方式下可以不接电源线，DS18B20工作所需的电源可以从数据线获得。
与传统的温度测量方式不同，DS18B20的温度转换结果可直接从数据线读出，在-10℃至+85℃测量精度可达0.5℃。
鉴于以上优点DS18B20自问世以来就广泛的应用于恒温控制系统，消费类产品，电子温度计以及数字环境监测系统。
基本功能：
数字温度计的基本功能如下：
- AT89C51每间隔1秒向DS18B20发送测量温度指令，并读出当前环境温度；
- 在读出当前环境温度值后，用LCD1602显示温度转换的结果；
DS18B20内部结构图：
DS18B20内部威廉希尔官方网站
原理图：
重要之处：
DS18B20的命令序列及操作时序
1.命令序列
典型的单总线命令序列如下：
第一步：初始化；
第二步：ROM命令；
第三步：功能命令。
每次访问单总线器件，必须严格遵守这个命令序列，如果出现序列混乱，则单总线器件不会响应主机。但是，这个准则对于搜索ROM命令和报警搜索命令列外，在执行两者中任何一条命令之后，主机不能执行其后的功能命令，必须返回至第一步。
(1)初始化
基于单总线上的所有传输过程都是以初始化开始的，初始化过程中由主机发出的复位脉冲和从机响应的应答脉冲组成。应答脉冲使主机知道，总线上有从机设备，且准备就绪。
bit Get18B20Ack()
{
bit ack;
EA = 0; //禁止总中断
IO_18B20 = 0; //产生 500us 复位脉冲
DelayX10us(50);
IO_18B20 = 1;
DelayX10us(6); //延时 60us
ack = IO_18B20; //读取存在脉冲
while(!IO_18B20); //等待存在脉冲结束
EA = 1; //重新使能总中断
return ack;
}
首先单片机要拉低这个引脚，持续大概 480us 到 960us 之间的时间即可，我们的程序中持续了 500us。然后，单片机释放总线，就是给高电平，DS18B20 等待大概 15 到 60us 后，会主动拉低这个引脚大概是 60 到240us，而后 DS18B20 会主动释放总线，这样 IO 口会被上拉电阻自动拉高。
由于 DS18B20 时序要求非常严格，所以在操作时序的时候，为了防止中断干扰总线时序，先关闭总中断。然后第一步，拉低 DS18B20 这个引脚，持续 500us；第二步，延时 60us；第三步，读取存在脉冲，并且等待存在脉冲结束。
(2)ROM命令
总线上可以挂多个器件，通过不同的器件地址来访问不同的器件。同样， 1-Wire 总线也可以挂多个器件，但是它只有一条线，如何区分不同的器件呢？
在每个 DS18B20 内部都有一个唯一的 64 位长的序列号，这个序列号值就存在 DS18B20内部的 ROM 中。开始的 8 位是产品类型编码（DS18B20 是 0x10），接着的 48 位是每个器件唯一的序号，最后的 8 位是 CRC 校验码。 DS18B20 可以引出去很长的线，最长可以到几十米，测不同位置的温度。单片机可以通过和 DS18B20 之间的通信，获取每个传感器所采集到的温度信息，也可以同时给所有的 DS18B20 发送一些指令。这些指令相对来说比较复杂，而且应用很少。
我们这里只讲一条总线上只接一个器件的指令和程序。
Skip ROM（跳过 ROM）： 0xCC。当总线上只有一个器件的时候，可以跳过 ROM，不进行 ROM 检测。
(3) RAM 存储器操作指令
Read Scratchpad（读暂存寄存器）： 0xBE
DS18B20 的温度数据是 2 个字节，我们读取数据的时候，先读取到的是低字节的低位，读完了第一个字节后，再读高字节的低位，直到两个字节全部读取完毕。
Convert Temperature（启动温度转换）： 0x44
当我们发送一个启动温度转换的指令后， DS18B20 开始进行转换。从转换开始到获取温度， DS18B20 是需要时间的，而这个时间长短取决于 DS18B20 的精度。
///
2、 DS18B20 的位读写时序///重点
当要给 DS18B20 写入 0 的时候，单片机直接将引脚拉低，持续时间大于 60us 小于 120us就可以了。图上显示的意思是，单片机先拉低 15us 之后， DS18B20 会在从 15us 到 60us 之间的时间来读取这一位， DS18B20 最早会在 15us 的时刻读取，典型值是在 30us 的时刻读取，最多不会超过60us， DS18B20 必然读取完毕，所以持续时间超过 60us 即可。
当要给 DS18B20 写入 1 的时候，单片机先将这个引脚拉低，拉低时间大于 1us，然后马上释放总线，即拉高引脚，并且持续时间也要大于 60us。和写 0 类似的是， DS18B20 会在15us 到 60us 之间来读取这个 1。可以看出来， DS18B20 的时序比较严格，写的过程中最好不要有中断打断，但是在两个“位”之间的间隔，是大于 1 小于无穷的，那在这个时间段，我们是可以开中断来处理其它程序的。发送即写入一个字节的数据程序如下。
void Write18B20(unsigned char dat)
{
unsigned char mask;
EA = 0; //禁止总中断
for (mask=0x01; mask!=0; mask<<=1) //低位在先，依次移出 8 个 bit
{
IO_18B20 = 0; //产生 2us 低电平脉冲
_nop_();
_nop_();
if ((mask&dat) == 0) //输出该 bit 值
IO_18B20 = 0;
else
IO_18B20 = 1;
DelayX10us(6); //延时 60us
IO_18B20 = 1; //拉高通信引脚
}
EA = 1; //重新使能总中断
}
当要读取 DS18B20 的数据的时候，我们的单片机首先要拉低这个引脚，并且至少保持1us 的时间，然后释放引脚，释放完毕后要尽快读取。从拉低这个引脚到读取引脚状态，不能超过 15us。大家从图 16-18 可以看出来，主机采样时间，也就是 MASTER SAMPLES，是在 15us 之内必须完成的，读取一个字节数据的程序如下。
/* 从 DS18B20 读取一个字节，返回值-读到的字节 */
unsigned char Read18B20()
{
unsigned char dat;
unsigned char mask;
EA = 0;
for(mask=0x01; mask!=0; mask<<=1)
{
IO_18B20 = 0;
_nop_();
_nop_();
IO_18B20 = 1;
_nop_();
_nop_();
if(!IO_18B20) //读取通信引脚上的值
dat &= ~mask;
else
dat |= mask;
DelayX10us(6);
}
EA = 1;
return dat;
}
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