使用DS18B20温度传感器测温Word文档下载推荐.docx
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12位分辨率时的温度测量转换最长时间（上限）只有750ms；
◆每一片DS18B20都有自己独一无二的芯片号码；
多片DS18B20可以并联在一条数据总线上，实现不同地点的多点组网；
◆应用范围包括温度调控，工业现场测温，消费类产品，温度计及热敏系统等。
11.2.2DS18B20温度传感器测温工作原理
DS18B20的核心功能就是测量被测环境温度并直接转换成为数字量。
我们使用DS18B20测温，就是要将DS18B20转换成的数字量温度值从DS18B20内部读出，送入单片机进行处理，所以了解DS18B20内部的存储器的结构和组成是必要的。
另外，控制DS18B20测温和读取温度值的指令也是必不可少的。
以下就从这两个方面分别加以说明。
1、DS18B20内部的存储器
笼统而言，可以说DS18B20内部的存储器有三个：
64位光刻ROM、中间结果暂存RAM和E2RAM。
（1）64位光刻ROM
前面已经提及，每一片DS18B20都有一个独一无二的号码，用于唯一标识当前这片DS18B20。
这个号码是DS18B20的生产厂家DALLAS公司在生产该片DS18B20时固化在其内部ROM中的，共有64位，所以称为64位光刻ROM号码，其数据格式如图11-3所示。
位63位56
位55位8
位7位0
8位CRC码
48位序列号
家族代码28H
图11-364位光刻ROM数据格式
这64位号码从最低位（位0）到最高位（位63）划分为三个组成部分，分别是：
最低8位，中间48位和最高8位，如图11-3所示。
其中，最低8位对每一片DS18B20而言都相同，其值是0x28，称为家族代码。
这个值是专门分配给DS18B20家族的，用以区别不同的单总线设备家族。
中间48位是唯一标识当前这片DS18B20的产品序列号。
任意两片DS18B20的家族代码都是0x28H，但它们的48位产品序列号绝对不相同，这48位一般称为48位序列号。
最高8位是根据前面56位（8位+48位=56位）计算出的CRC码，一般不大使用，读者可以不予深究。
（2）中间结果暂存RAM
中间结果暂存RAM共有8个字节，其结构如图11-4所示。
字节地址
温度值低8位
温度值高8位
设置温度上限值
设置温度下限值
设置寄存器字节
4
保留
5
6
7
图11-4中间结果暂存RAM
其中，字节地址0是所测温度数值的低8位，字节地址1是所测温度数值的高8位，字节地址2是设定温度的上限值，字节地址3是设定温度的下限值，字节地址4是配置寄存器字节。
字节地址5,6,7保留。
这8个字节中，除字节地址0,1,4以外的5个字节几乎不使用，可以忽略，重点掌握字节地址0,1,4就足够了。
字节地址0和字节地址1中存放的就是测量的温度值，字节地址1中存放的是高8位，字节地址0中存放的是低8位。
它们中的温度数据存储格式如图11-5所示。
其中，高5位是符号位S。
若5个S全为0则表示温度是正值，由于是正值，补码与原码相同，余下的11位按图示各位的权重计算，所得数值就是所测温度值；
若5个S全为1，则余下11位的补码对应的数值就是所测温度值，这个温度值自然是零度以下，是负值。
在实际计算温度值时，在得到11位数值原码值以后，再乘以0.0625就得到所测的温度值。
这样计算的原因是：
可以将图11-5中的小数点（在权重20和2-1之间）向右移动4位，即整个数值扩大了24=16倍，要使它与原值相等，自然需要再除以16，即相当于乘以0.0625。
S
26
25
24
23
22
21
20
2-1
2-2
2-3
2-4
图11-5温度数据存储格式
字节地址4是配置寄存器字节。
前面已经提及，DS18B20的测温有9位，10位，11位，12位四种分辨率，实际测温时选用哪种分辨率，可以通过具体编程来设定，DS18B20出厂时设定的默认测温分辨率是12位。
字节地址4配置寄存器字节的数据格式如图11-6所示。
其中的R1和R0的四种组合一一对应9位，10位，11位，12位四种分辨率。
对应关系如表11-2所示。
附带说明的是，一般选用出厂时设定的默认测温分辨率12位，不用改动。
位7
位6
位5
位4
位3
位2
位1
位0
R1
R0
图11-6配置寄存器字节的数据格式
表11-2R1和R0的四种组合与测温分辨率的关系
温度分辨率
最大转换时间
9位
93.75ms（tconv/8）
10位
187.5ms（tconv/4）
11位
375ms（tconv/2）
12位
750ms（tconv）
（3）E2RAM
E2RAM的结构如图11-7所示。
可以看到，E2RAM是中间结果暂存RAM中字节地址位2,3,4的三个字节内容的拷贝或者说是备份，以备数据的完备性需要。
这个存储器一般不使用，故可以忽略不予考虑。
图11-7E2RAM的结构
综上所述，在不改变测温出厂分辨率（12位）的前提下，DS18B20内部存储器中，我们需关注的，就只有64位光刻ROM，还有中间结果暂存RAM中用于存放温度值的字节地址0和字节地址1了。
2、DS18B20的指令
DS18B20的指令可分为三大类，第一类是与64位光刻ROM相关联的一系列指令，第二类是与中间结果暂存RAM相关联的温度值读取等一些相关指令，第三类就是控制温度转换的控制类指令。
上面刚刚提到，在不改变测温出厂分辨率（12位）的前提下，DS18B20内部存储器中，我们只需关注64位光刻ROM和中间结果暂存RAM中字节地址0和字节地址1中的温度值。
考虑到DS18B20的指令集中，部分指令极少使用，此处仅就常用的、关键指令做解释说明，其余指令请读者查阅参考相关资料。
（1）与64位光刻ROM相关的指令
①读64位光刻ROM号码指令【0x33】
本条指令用于读取唯一标识当前这片DS18B20的64位号码，但要求总线上只能有一片DS18B20，否则会出现多片DS18B20冲突的问题；
②匹配64位光刻ROM号码指令【0x55】
本条指令主要用在单总线上挂接多片DS18B20的情况，此时，执行本指令0x55后，紧跟其后的是一64位光刻ROM号码（特别注意：
在输入64位光刻ROM号码时，低位在前）。
这一64位光刻ROM号码，将与单总线上每一片DS18B20的64位光刻ROM号码进行比对，号码匹配的那一片DS18B20将执行后续的指令，例如转换温度、读取温度值等指令；
而号码不匹配的那些DS18B20将不执行任何指令，继续等待下去，直到总线复位后，再等待下一次被匹配的机会。
③跳过64位光刻ROM号码匹配指令【0xCC】
可以设想，如果总线上只有一片DS18B20挂接其上，执行温度转换指令、读取温度值指令等只能是针对这一片DS18B20而言。
如果先读取其64位光刻ROM号码，然后再匹配这64位光刻ROM号码，显然是画蛇添足，多此一举，所以完全可以跳过64位光刻ROM号码的匹配环节，直接执行转换温度、读取温度值等指令。
应该注意的是，不需要执行匹配时，不用执行上一条0x55指令，但必须执行跳过指令，即执行0xCC指令完成跳过功能。
④搜索64位光刻ROM指令【0xF0】
当总线上挂接多片DS18B20芯片时，执行本指令可以搜索当前挂接在总线上的DS18B20芯片的个数，并识别它们的64位光刻ROM号码，方便后续操作各个DS18B20芯片。
（2）与中间结果暂存RAM相关的温度数值读取指令
读中间结果暂存RAM指令【0xBE】
单片机发出并执行读中间结果暂存RAM指令0xBE后，就可以从字节地址0开始，每次读取一个字节，依次读取中间结果暂存RAM的8个字节中的数据。
由于温度值只保存在前面两个字节中，实际应用中只读取前两个字节就可以了。
（3）控制温度转换指令
启动温度转换指令【0x44】
本指令是启动温度转换指令，转换结束后的温度值，被存入中间结果暂存RAM的字节地址0（低8位）和字节地址1（高8位）中。
然后就可以从中读取温度值了。
3、DS18B20的通信规则
仅用一条线通信的DS18B20的系统，在与微处理器通信时，其数据的传输规则不同于一般芯片，其特殊性表现在，每次操作都要按部就班地执行以下四个步骤：
S1：
初始化DS18B20；
S2：
向DS18B20发送与64位光刻ROM相关的指令；
S3：
执行与中间结果暂存RAM相关的指令（包括控制温度转换指令）；
S4：
数据处理。
以下针对三个主要操作：
读取64位光刻ROM号码操作，启动DS18B20温度转换操作，读取温度操作，来细化上述四个步骤。
（1）读取64位光刻ROM号码操作
单片机向DS18B20发送读64位光刻ROM号码指令0x33H；
由于读取64位光刻ROM号码操作不涉及中间结果暂存RAM，此步骤就什么都不做；
单片机从单总线上一位接着一位地读取，共64位，得到64位光刻ROM号码（注意：
低位在前）。
（2）启动DS18B20温度转换操作
单片机向DS18B20发送跳过64位光刻ROM号码匹配指令0xCCH（假设只有一片DS18B20挂接在总线上）；
单片机向DS18B20发送启动温度转换指令0x44H；
本操作只启动温度转换，无数据处理，故本步骤什么都不做。
（3）读取温度操作
单片机向DS18B20发送读中间结果暂存RAM指令0xBEH；
单片机从单总线上一位接着一位地读取，连续读取两个字节的数据（低字节在前，高位在前），得到温度值的低字节和高字节数据。
此处还需要解释说明两点：
①DS18B20的操作时序很严格，特别是延时，要比较精确才行。
所以以上每一步骤后都紧跟一段延时，具体延时时间多长，后面的初始化、读写操作等时序会给出详细说明。
②由于DS18B20是单总线的，只有一条线与单片机的一个I/O管脚相连接。
在初始化、指令数据、64位光刻ROM号码、温度值等等数据中，有些数据是从单片机发送到DS18B20的，有些数据是从DS18B20传送到单片机的，所有数据都是（也只能）借助这一条总线在传输，所以数据是在单片机与DS18B20之间一位一位地串行传输的。
4、DS18B20的初始化、数据读写操作时序
前面已经提及，由于DS18B20是单总线的，所以其操作时序很严格，特别是延时，要比较精确才行。
（1）DS18B20的初始化
DS18B20的初始化时序如图11-8所示。
图11-8DS18B20的初始化时序
DS18B20的初始化时序是：
①首先是单片机发送一低电平到单一数据总线上，将单总线拉低，拉低的时间至少是480μs，但不能超过960μs。
实际中一般取750μs左右；
②然后，单片机释放单总线的控制权，转而准备被动地接收DS18B20发送来的数据。
此时，焊接在单总线上5KΩ的上拉电阻，将单总线由低电平拉高到高电平，此电平从低到高的上升沿被DS18B20捕捉到以后，单总线转而由DS18B20控制了；
③当DS18B20控制了总线时，在等待15~60μs以后，DS18B20将单总线再次拉低，作为向单片机做出的回应，表明自己（DS18B20）已经就绪，准备接收后续的指令等等。
DS18B20将单总线拉低的时间至少是60μs，但不能超过240μs。
④随后，DS18B20释放单总线，单总线上5KΩ的上拉电阻，再次将单总线由低电平拉高到高电平。
此时DS18B20的初始化完成。
具体到程序设计时，可以简化初始化过程。
实现如下：
◆首先，单片机发送一低电平到单一数据总线上，将单总线拉低，这一低电平的持续时间是750μs左右，时间值750μs=480μs+40μs+230μs，其中480μs是单片机将总线拉低所需的最少时间，40μs是单片机释放总线后DS18B20等待时间（大约），230μs是DS18B20的反馈回应的低电平时间。
这样处理的目的，是忽略DS18B20的反馈回应，改为延时处理，原因是单片机将总线拉低后，何时释放总线不太好把握，自然不太好确定何时接收DS18B20反馈回应的低电平，采用延时以后，可以不必考虑单片机何时释放总线、DS18B20等待多长时间、DS18B20发回应低电平多长一段时间后又释放总线、而总线又被上拉电阻拉高。
只要这些过程结束后，单总线是高电平就行，所以进入下一步骤：
拉高总线。
◆然后，单片机发送一高电平到单一数据总线上，将单总线拉高，拉高的时间500μs左右；
（2）单片机向DS18B20写数据
单片机向DS18B20写一位数据的时序图如图11-9所示。
图11-9单片机向DS18B20写一位数据的时序
单片机向DS18B20写一位数据的时序：
①首先，单片机将单总线拉低（延时时间小于15μs）
②然后，如果单片机向DS18B20写的数是二进制数0，则单片机继续将单总线拉低，让DS18B20采样当前单总线上的数据（低电平，即数据0），此总线拉低的延时时间最大45μs，因为单片机向DS18B20写一位数据的时间必须在60μs内完成；
如果单片机向DS18B20写的数是二进制数1，则单片机释放总线，由外接上拉电阻将单总线拉高，供DS18B20采样当前单总线上的数据（高电平，即数据1）。
实际编程中，将上拉电阻拉高总线更改为单片机将单总线拉高——只要得到高电平，不必考虑由谁将其拉高。
同样，此拉高的延时时间最大也是45μs，以此保证单片机向DS18B20写一位数据的时间必定在60μs内完成；
③最后，单片机再次将单总线拉高，准备下一位数据写入DS18B20，一般在总线拉高后延时10μs左右。
具体程序设计时，实现如下：
◆单片机将单总线拉低，延时15μs；
◆如果写0：
单片机将单总线拉低，延时60μs；
如果写1：
单片机将单总线拉高，延时40μs；
◆单片机将单总线拉高，延时10μs；
（3）单片机从DS18B20读数据
单片机从DS18B20读一位数据的时序如图11-10所示。
图11-10单片机从DS18B20读一位数据的时序
从图11-10可以看到，单片机从DS18B20读一位数据时序比较严格，留给单片机采样窗口很窄，单片机从DS18B20读取一位二进制数据的时间，必须控制在开始读以后的15μs以内。
具体分析如下：
◆首先，单片机将单总线拉低，拉低后的延时时间极短，一般在1μs以内；
◆然后，单片机释放单总线，由DS18B20将单总线拉低，或者由外接上拉电阻将单总线拉高，供单片机去采样0或者1。
需要强调的是：
此时单片机只是读取这些高低电平，而不是控制单总线被拉低或者拉高。
整个拉低或者拉高电平的持续时间只有15－2=13μs左右，单片机此时应抓紧时间去读取，否则电平就要发生变化。
◆然后，单片机将单总线拉高，这一点不是单片机从DS18B20读一位数据的时序要求决定的，而是51单片机的I/O口在输入数据前必须先写1决定的。
为了使单片机I/O口读取数据稳定，此处一般延时8μs左右；
◆最后，单片机读取单总线上的数据。
11.3DS18B20温度传感器测温实例1
功能要求：
单片机与一片DS18B20连接，在1602液晶屏第一行，显示所测的温度值（数据已处理过），以及中间结果暂存RAM的字节地址0和字节地址1的温度值（数据未处理）；
在1602液晶屏第二行，显示该片DS18B20的64位光刻ROM号码。
硬件说明：
硬件电路图如图11-11所示。
注意DQ引脚接有一个10KΩ的上拉电阻。
实际练习结果如图11-12所示。
图11-11一片DS18B20与单片机的连接
程序清单如下：
#include<
reg52.h>
#include<
intrins.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitRS=P2^0;
sbitRW=P2^1;
sbitE=P2^2;
sbitDQ=P2^3;
uinttemp;
ucharwdL,wdH;
staticucharsn[8]={0};
ucharcodeb2hex[]="
0123456789ABCDEF"
;
//************************************
voidwrcmd1602（ucharcmd）
{
ucharm;
RW=0;
RS=0;
P1=cmd;
for（m=0;
m<
=2;
m++）;
E=1;
E=0;
}
voidwrdata1602（ucharshuju）
{
ucharm;
RW=0;
RS=1;
P1=shuju;
voidinit1602（void）
E=0;
wrcmd1602（0x38）;
wrcmd1602（0x0c）;
wrcmd1602（0x06）;
wrcmd1602（0x01）;
voiddisp1602（ucharx,uchary,ucharch）
wrcmd1602（0x80+x*0x40+y）;
=252;
wrdata1602（ch）;
}
/****************************************/
voidinit18b20（void）
DQ=0;
=90;
//延时732us
DQ=1;
=65;
//延时532us
voidwrcmd18b20（ucharcmd18b20）
bitsendbit;
uchari,m;
for（i=1;
i<
=8;
i++）
{
sendbit=cmd18b20&
0x01;
cmd18b20=cmd18b20>
>
1;
if（sendbit==0）
{
DQ=0;
for（m=0;
//延时12us
=20;
//延时66us
DQ=1;
for（m=0;
}
else
=1;
//延时9us
DQ=1;
=10;
//延时36us
}
bitrdbit18b20（void）
bitonebit;
DQ=0;
_nop_（）;
DQ=1;
//单片机的I/O口要输入，必须先写入1
onebit=DQ;
//延时36us
return（onebit）;
ucharrdbyte18b20（void）
uchari,j;
uintwenduzhi=0;
for（i=1;
j=rdbit18b20（）;
wenduzhi=（j<
<
7）|（wenduzhi>
1）;
return（wenduzhi）;
voidstconv18b20（void）
ucharm,n;
init18b20（）;
//延时9us
wrcmd18b20（0xCC）;
wrcmd18b20（0x44）;
for（n=0;
n<
=250;
n++）
//延时760ms
uintrdwendu（void）
wrcmd18b20（0xCC）;
wrcmd18b20（0xBE）;
wdL=rdbyte18b20（）;
wdH=rdbyte18b20（）;
te
升级会员 