【蓝桥杯】单片机学习笔记十三：DS18B20温度传感器应用详解

一、温度传感器-DS18B20介绍

DS18B20是单总线数字化温度传感器，测量温度范围是-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃范围内，精度为±0.5℃。支持3V~5.5V的供电电压范围。DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率，精度为±0.5℃。

1.DS18B20内部结构

DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20引脚配置如下所示：

DQ为数字信号输入/输出端，GND为电源地，VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。

（1）光刻ROM

光刻ROM中的64位序列号在出厂前已经被光刻好，可以看做是这个DS18B20的地址序列码。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。

（2）温度传感器

DS18B20中的温度传感器可以完成对温度的测量，以12位转化为例：

用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。

 12位转化后得到的数据存储在DS18B20的两个8bit的RAM中，二进制中的前5位是符号位，若温度大于0即温度为正，前五位全为0；若温度小于0即温度为负，则前五位全为1。若测量的温度为正，则该补码值乘上0.0625就是所测实际温度值；若测量温度为负，则该补码取反加1所得值乘上.0625才是实际温度值。

（3）存储器

DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM，后者存放高温度或低温度触发器TH、TL和机构寄存器。

高速暂存存储器包含了8个连续字节，前两个字节是测量的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节的内容是温度的高八位。第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第六、七、八个字节用于内部计算，第九个字节是冗余检验字节。

2.DS18B20使用中注意事项

DS18B20虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但实际应用汇总需要注意：

（1）较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，DS18B20与微处理器之间是采用串行数据传送，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。

（2）实际应用中，单总线上所挂DS18B20的数量并非是任意个。当单总线上所挂DS18B20超过8个时，就需要解决微处理的总线驱动问题，这一点再进行多点测温系统设计中要加以注意。

（3）在DS18B20测温程序设计中，向DS18B20发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20的返回信号，一旦，某个DS18B20接触不好或断线，当程序读该DS18B20时，没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行DS18B20硬件连接和软件设计时要予以重视。

二、DS18B20程序设计流程

1. DS18B20复位。（复位是一个操作的开始，也是一个操作的结束）

2. 写入字节0xcc，跳过ROM指令。（DS18B20中有一个64位的ROM空间，该空间用于存放设备地址即设备ID号，如今只有一个DS18B20挂接在总线上，所以不需要去匹配设备ID，直接跳过设备匹配这一环节，直接进行温度转换）

3. 写入字节0x44，开始温度转换。

4. 延时700~900ms。（温度转换需要时间，等待温度转换完成再去读取温度，若没有延时，去读到的温度可能是上一时刻的温度值，会出现温度读取错误的情况）

5. DS18B20复位。

6. 写入字节0xcc，跳过ROM指令。

7. 写入0xbe，读取高速暂存器。（温度数据转换完成后存放在高速暂存器的第0字节和第1字节）

8. 读取高速暂存器的第0字节，即读取温度数据的低8位。

9. 读取高速暂存器的第1字节，即读取温度数据的高8位。

10. DS18B20复位。

11. 将低8位和高8位整合成一个16位数据。

12. 判断读取温度的符号，进行正负温度的数据处理。

三、程序

//**********************读取温度***************************/
uint temp = 0;
void read_DS18B20_temp()
{
    uchar LSB,MSB;      //LSB低八位，MSB高八位
    //温度转换
    init_ds18b20();     //初始化DS18B20
    Write_DS18B20(0xcc);    //跳过ROM
    Write_DS18B20(0x44);    //开始温度转换
    Delay_OneWire(200);   //等待温度转换完成
    //读温度
    init_ds18b20();     //初始化DS18B20
    Write_DS18B20(0xcc);    //跳过ROM
    Write_DS18B20(0xbe);    //开始读温度
    //读温度
    
    LSB = Read_DS18B20();   //读取低八位数据
    MSB = Read_DS18B20();   //读取高八位数据
    
    temp = MSB;
    temp <<= 8;     //高八位右移8位
    temp = temp | LSB;  //将独立的高、低8位合并为16位
    
    if((temp & 0xf800) == 0x0000)    //判断temp的高五位来判断温度的正负，高5位全为0表示为正，全为1表示负
    {
        temp >>= 4;
        temp = temp * 10;   //temp先右移四位在乘上10相当于整数部分乘以0.625倍
        temp = temp + (LSB & 0x0f) * 0.625;  //整数部分 * 0.625 + 小数部分 *0.625
    }
}