代码收藏家 的原理及应用DS18B20温度传感器的原理与应用研究——51单片机实现
51单片机温度传感器DS18B20
实现功能
插上DS18B20温度传感器，数码管显示检测的温度值
单片机型号：STC89C52
DS18B20介绍
1、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。
2、DS18B20内部结构
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。 配置寄存器是配置不同的位数来确定温度和数字的转化，配置寄存器结构如下：
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℃。R0 和 R1 配置如下 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。存储的两个字节，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， 数据格式如下：
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。温度与数据对应关系如下：
比如我们要计算+85 度，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。
3、信号时序
由于 DS18B20 是单总线器件，所有的单总线器件都要求采用严格的信号时序，以保证 数据的 完整性。DS18B20 时序包括如下几种：初始化时序、写（0 和 1）时序、 读（0 和 1）时序。 DS18B20 发送所有的命令和数据都是字节的低位在前。这里我们 简单介绍这几个信号的时序：
（1）初始化时序
单总线上的所有通信都是以初始化序列开始。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，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。初始化时序图如下：
（2）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。写时序图如下：
（3）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。读时序图如下：
典型的读时序过程为：主机输出低电平延时 2us，然后主机转入输入模式延 时 12us，然后读取单总线当前的电平，然后延时 50us。 296 在了解了单总线时序之后，我们来看看 DS18B20 的典型温度读取过程， 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。
硬件原理
从上图可以看出，传感器接口的单总线管脚接至单片机 P3.7 IO 口上，在介绍单总线的时候我们说过，为了让单总线默认为高电平，通常会在单总线上接上拉电阻，在图中并没有看到有上拉电阻，这是因为单片机 IO 都外接了 10K 上拉 电阻，当单片机 IO 口连接到传感器的总线管脚时即相当于它们外接上拉电阻， 所以此处可以省去。
软件编写
程序框架如下：
编写数码管显示功能 编写 DS18B20 读取温度功能 编写主函数
#include <REGX52.H>
#include <intrins.h>
//数码管管脚定义
#define LED P0
//定义数码管位选信号控制脚
sbit LSA=P2^2;
sbit LSB=P2^3;
sbit LSC=P2^4;
//DS18B20管脚定义
sbit DS18B20_PORT=P3^7;
//共阴极数码管显示0~F的段码数据
unsigned char Smg[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
//延迟函数
void Delay(unsigned char x)
{
while(x--);
}
//数码管显示函数
void Smg_Display(unsigned char Data[],unsigned char Location)
{
unsigned char i=0;
unsigned char temp=Location-1;
for(i=temp;i<8;i++)
{
switch(i) //位选
{
case 0: LSC=1;LSB=1;LSA=1;break;
case 1: LSC=1;LSB=1;LSA=0;break;
case 2: LSC=1;LSB=0;LSA=1;break;
case 3: LSC=1;LSB=0;LSA=0;break;
case 4: LSC=0;LSB=1;LSA=1;break;
case 5: LSC=0;LSB=1;LSA=0;break;
case 6: LSC=0;LSB=0;LSA=1;break;
case 7: LSC=0;LSB=0;LSA=0;break;
}
LED=Data[i-temp]; //传送段选数据
Delay(100); //延时一段时间，等待显示稳定
LED=0x00; //消影
}
}
//初始化时序
unsigned char DS18B20_Init()
{
//复位DS18B20
DS18B20_PORT=0; //拉低DQ
Delay(75); //拉低 750us
DS18B20_PORT=1; //拉高DQ
Delay(2); //拉高 20us
//检测DS18B20是否存在
unsigned char time=0;
while((DS18B20_PORT==1)&&(time<20)) //等待 DQ 为低电平
{
time++;
Delay(1);
}
if(time>=20) //如超时则强制返回
return 0;
else
time=0;
while((DS18B20_PORT==0)&&(time<20)) //等待 DQ 为高电平
{
time++;
Delay(1);
}
if(time>=20) //如超时则强制返回
return 0;
else
return 1;
}
//写时序
void DS18B20_Write_Byte(unsigned char Data)
{
unsigned char i;
unsigned char temp;
for(i=0;i<8;i++) //循环8次，每次写一位，且先写低位再写高位
{
temp=Data&0x01; //选择低位准备写入
Data>>=1; //将次高位移到低位
if(temp==1) //写 1 时序
{
DS18B20_PORT=0;
_nop_(); //延时 1us
_nop_();
DS18B20_PORT=1;
Delay(6);
}
else //写 0 时序
{
DS18B20_PORT=0;
Delay(6);
DS18B20_PORT=1;
_nop_();
_nop_();
}
}
}
//读时序
unsigned char DS18B20_Read_Byte()
{
unsigned char i;
unsigned char dat=0;
unsigned char Data=0;
for(i=0;i<8;i++) //循环8次，每次读取一位，且先写低位再写高位
{
DS18B20_PORT=0; //先拉低电平
_nop_();
_nop_();
DS18B20_PORT=1; //再释放总线
_nop_();
_nop_();
//该段时间不能过长，必须在 15us 内读取数据
if(DS18B20_PORT==1) //如果总线上为 1 则数据为 1，否则为 0
dat=1;
else
dat=0;
Delay(5);
Data=(dat<<7)|(Data>>1); //将读取的数字合在一起
}
return Data;
}
//获取温度值
float DS18B20_Read_Temperture()
{
float temp; //存储温度值
unsigned char DataH=0; //存储低字节
unsigned char DataL=0; //存储高字节
unsigned int value=0;
DS18B20_Init(); //复位
DS18B20_Write_Byte(0xcc); //发 SKIP ROM 命令(0XCC)
DS18B20_Write_Byte(0x44); //发开始转换命令(0x44)
//延时（可有可无）
DS18B20_Init(); //复位
DS18B20_Write_Byte(0xcc); //发 SKIP ROM 命令(0XCC)
DS18B20_Write_Byte(0xBE); //发读存储器命令(0xBE)
//连续读出两个字节数据(即温度)
DataL=DS18B20_Read_Byte(); //低字节
DataH=DS18B20_Read_Byte(); //高字节
value=(DataH<<8)+DataL; //合并为16位数据
if((value&0xf800)==0xf800) //判断符号位 负温度
{
value=(~value)+1; //取反加一，因为是以反码形式存储
temp=value*(-0.0625); //乘以精度
}
else //正温度
temp=value*0.0625;
return temp;
}
void main()
{
int value;
unsigned char i=0;
unsigned char buf[5];
DS18B20_Init(); //初始化 DS18B20
while(1)
{
i++;
if(i%50==0) //间隔一段时间读取温度值，间隔时间要大于温度传感器转换温度时间
value=DS18B20_Read_Temperture()*10; //保留温度值小数后一位
if(value<0) //负温度
{
value=-value;
buf[0]=0x40; //显示负号
}
else
buf[0]=0x00; //不显示
buf[1]=Smg[value/1000]; //百位
buf[2]=Smg[value%1000/100]; //十位
buf[3]=Smg[value%1000%100/10]|0x80; //个位+小数点
buf[4]=Smg[value%1000%100%10]; //小数点后一位
Smg_Display(buf,4);
}
}
