DS18B20的原理及实例代码(51单片机、STM32单片机)
一、DS18B20介绍
DS18B20数字温度传感器是DALLAS公司生产的单总线器件，用它来组成一个测温系统具有线路简单，体积小，在一根通信线上可以挂很多这样的数字温度传感器，十分方便。
温度传感器种类众多，应用在高精度、高可靠性的场合时DALLAS公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。超小的体积，超低的硬件开销，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20更受欢迎。DS18B20的优势更是我们学习单片机技术和开发温度相关小产品的不二选择。了解工作原理和应用可以拓宽您对单片机开发的思路。
二、DS18B20特点
1、通信采用1-Wire接口
2、每个DS18B20都有唯一的64位序列码储存在板载ROM中
3、无需外部元件
4、可从数据线供电，电源范围为3.0V ~ 5.5V。
5、可测量的温度范围在-55℃ ~ +125℃
6、在－10～＋85℃范围内精确度为±0.5℃
7、温度计分辨率可设置为9~12位，12位时分辨率对应为0.0625℃
三、DS18B20在实际应用中的典型接法
1、工作在寄生电源下的典型接法
2、 外部供电下的典型接法
四、单总线时序
DS18B20采用1-wire Bus所有数据都在一条线上传输，因此单总线协议对时序要求非常严格以确保数据的完整性。
单总线信号类型:复位脉冲、存在脉冲、写0、写1、读0、读1。所有这些信号除存在脉冲由DS18B20发出的以外其他信号都由总线控制器发出。
数据传输总是从最低有效位开始。
1、初始化时序
初始化时序里面包含了复位DS18B20和接收DS18B20返回的存在信号。
主机和DS18B20做任何通讯前都需要对其初始化。初始化期间，总线控制器拉低总线并保持480us以上挂在总线上的器件将被复位，然后释放总线，等到15-60us，此时18B20将返回一个60-240us之间的低电平存在信号。
复位脉冲和存在脉冲时序图：
2、写时序
写时序分为写0时序和写1时序。
总线控制器通过控制单总线高低电平持续时间从而把逻辑1或0写DS18B20中。
总线控制器要产生一个写时序，必须将总线拉低最少1us，产生写0时序时总线必须保持低电平60~120us之间，然后释放总线，产生写1时序时在总线产生写时序后的15us内允许把总线拉高。注意：2次写周期之间至少间隔1us
3、读时序
读时序分为读0时序和读1时序。
总线控制器通过读取由DS18B20控制的总线高低电平接收DS18B20数据,总线控制器要产生一个读时序，必须将总线拉低至少1us，然后释放总线，在读信号开始后15us内总线控制器采样总线数据，读一位数据至少保持在60us以上。注意：2次读周期之间至少间隔1us
读时序图:
读1详细时序图:
五、DS18B20暂存器
温度寄存器图表：
配置寄存器图表：
部分ROM指令及功能指令：
| 执行序列 |
| 通过单线总线端口访问DS18B20的协议如下： |
| 步骤1. 初始化 |
| 步骤2. ROM操作指令 |
| 步骤3. DS18B20功能指令 |
忽略ROM指令（CCh）：
这条指令允许总线控制器不用提供64 位ROM 编码就使用功能指令。例如，总线控制器可以先发出一条忽略ROM 指令，然后发出温度转换指令[44h]，从而完成温度转换操作。在单点总线情况下使用该命令，器件无需发回64 位ROM 编码，从而节省了时间。如果总线上有不止一只从机，若发出忽略ROM指令，由于多只从机同时传送信号，总线上就会发生数据冲突。
六、DS18B20功能指令
1、温度转换指令（44h）
这条命令用以启动一次温度转换。温度转换指令被执行，产生的温度转换结果数据以2个字节的形式被存储在高速暂存器中，而后DS18B20保持等待状态。
2、读暂存器指令（BEh）
这条命令读取暂存器的内容。读取将从字节0 开始，一直进行下去，直到读完暂存器所有字节，如果不想读完所有字节，控制器可以在任何时间发出复位命令来中止读取。
3、写暂存器指令（4Eh）
这条命令向DS18B20 的暂存器写入数据，开始位置在TH 寄存器（暂存器的第2个字节），接下来写入TL 寄存器（暂存器的第3 个字节），最后写入配置寄存器（暂存器的第4 个字节）
4、拷贝暂存器指令（48h）
这条命令把TH,TL 和配置寄存器（第2、3、4 字节）的内容拷贝到EEPROM 中。
七、执行序列
通过单线总线端口访问DS18B20的协议如下：
步骤1. 初始化
步骤2. ROM操作指令
步骤3. DS18B20功能指令
温度转换命令
读取暂存器命令
八、DS18B20驱动代码
1、51单片机（数码管显示）
#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
#define MAIN_Fosc 11059200UL //宏定义主时钟HZ
/*====================================自定义类型名
====================================*/
typedef unsigned char INT8U;
typedef unsigned char uchar;typedef unsigned int INT16U;
typedef unsigned int uint;/*====================================硬件接口位声明
====================================*/
sbit DS = P2^2; //DS18B20单总线
sbit DU = P2^6; //数码管段选
sbit WE = P2^7; //数码管位选
/*====================================
共阴极数码管段选码
====================================*/
uchar code table[]={
//0 1 2 3 4 5 6 7 8
0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F,
//9 A B C D E F - . 关显示
0x6F, 0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E, 0x79, 0x71, 0x40, 0x80, 0x00};/*====================================
数码管位选码
====================================*///第1位 2位 3位 4位 5位 6位 7位 8位
uchar code T_COM[] = {0xfe, 0xfd, 0xfb, 0xf7, 0xef, 0xdf, 0xbf, 0x7f};//数码管位码/*====================================
函数：void Delay_Ms(INT16U ms)
参数：ms，毫秒延时形参
描述：12T 51单片机自适应主时钟毫秒级延时函数
====================================*/
void Delay_Ms(INT16U ms)
{INT16U i;do{i = MAIN_Fosc / 96000; while(--i); //96T per loop}while(--ms);
}
/*us延时函数，执行一次US--所需6.5us进入一次函数需要11.95us*/
void Delay_us(uchar us)
{while(us--);
}
/*====================================
函数：void Display(INT16U Value)
参数：Value,显示值 取值0-65535
描述：共阴极数码管显示函数可显示一个字节的数
====================================*/
void Display(INT16U Value) //注意由于需要显示的数大于一个字节所有形参需为int型
{
//------------------------------DU = 0; //关闭段选P0 = table[Value/100]; //数码管显示百位DU = 1; //打开段选DU = 0; //关闭段选WE = 0; //关闭位选P0 = T_COM[0]; //第一位数码管WE = 1; //打开位选WE = 0; //关闭位选Delay_Ms(3);
//-------------------------------DU = 0;P0 = table[Value%100/10]|0x80; //显示十位DU = 1;DU = 0;WE = 0;P0 = T_COM[1]; //第二位数码管WE = 1;WE = 0;Delay_Ms(3);
//-------------------------------DU = 0;P0 = table[Value%10]; //显示个位DU = 1;DU = 0;WE = 0;P0 = T_COM[2]; //第三位数码管WE = 1;WE = 0;Delay_Ms(3);
}
/*单总线初始化时序*/
bit ds_init()
{bit i;DS = 1;_nop_();DS = 0;Delay_us(75); //拉低总线499.45us 挂接在总线上的18B20将会全部被复位DS = 1; //释放总线Delay_us(4); //延时37.95us 等待18B20发回存在信号i = DS;Delay_us(20); //141.95usDS = 1;_nop_();return (i);
}
/*写一个字节*/
void write_byte(uchar dat)
{uchar i;for(i=0;i<8;i++){DS = 0;_nop_();//产生些时序DS = dat & 0x01;Delay_us(10);//76.95usDS = 1; //释放总线准备下一次数据写入_nop_();dat >>= 1;}
}uchar read_byte()
{uchar i, j, dat;for(i=0;i<8;i++){DS = 0;_nop_();//产生读时序DS = 1;_nop_();//释放总线j = DS;Delay_us(10);//76.95usDS = 1;_nop_();dat = (j<<7)|(dat>>1); }return (dat);
}
void main()
{uint i;uchar L, M;
/* ds_init();//初始化DS18B20write_byte(0xcc);//发送跳跃ROM指令write_byte(0x4e);//写暂存器指令write_byte(0x7f);write_byte(0xf7);write_byte(0x1f);//配置工作在9位模式下ds_init();//初始化DS18B20write_byte(0xcc);//发送跳跃ROM指令 write_byte(0x48);*/while(1){ds_init();//初始化DS18B20write_byte(0xcc);//发送跳跃ROM指令write_byte(0x44);//发送温度转换指令ds_init();//初始化DS18B20write_byte(0xcc);//发送跳跃ROM指令write_byte(0xbe);//读取DS18B20暂存器值L = read_byte();M = read_byte();i = M;i <<= 8;i |= L; i = i * 0.0625 * 10 + 0.5;Display(i);}
}2、51单片机（LCD1602液晶显示）
#include <reg52.H>
#include <intrins.H>
#include <math.H>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dula = P2^6;sbit wela = P2^7;sbit rw = P3^6; sbit RS = P3^5; sbit LCDEN = P3^4; void delayUs()
{_nop_();
}void delayMs(uint a)
{uint i, j;for(i = a; i > 0; i--)for(j = 100; j > 0; j--);}void writeComm(uchar comm)
{RS = 0; P0 = comm;LCDEN = 1;delayUs();LCDEN = 0;delayMs(1);
}//写数据:RS=1, RW=0;
void writeData(uchar dat)
{RS = 1;P0 = dat;LCDEN = 1;delayUs();LCDEN = 0;delayMs(1);}void init(){rw = 0; dula = wela = 0;writeComm(0x38);writeComm(0x0c); writeComm(0x06);writeComm(0x01);
}void writeString(uchar * str, uchar length)
{uchar i;for(i = 0; i < length; i++){writeData(str[i]);}}/**//*****************************DS18B20*******************************/sbit ds = P2^2;
void dsInit(){unsigned int i; ds = 0;i = 100; while(i>0) i--;ds = 1; i = 4;while(i>0) i--;}void dsWait(){unsigned int i;while(ds); while(~ds);i = 4;while(i > 0) i--;
}bit readBit()
{unsigned int i;bit b;ds = 0;i++; ds = 1; i++; i++; b = ds;i = 8; while(i>0) i--;return b;
}unsigned char readByte()
{unsigned int i;unsigned char j, dat;dat = 0;for(i=0; i<8; i++){j = readBit();dat = (j << 7) | (dat >> 1);}return dat;
}void writeByte(unsigned char dat)
{unsigned int i;unsigned char j;bit b;for(j = 0; j < 8; j++){b = dat & 0x01;dat >>= 1;if(b) {ds = 0; i++; i++; ds = 1; i = 8; while(i>0) i--; }else {ds = 0;i = 8; while(i>0) i--; ds = 1;i++; i++;}}
}void sendChangeCmd()
{dsInit(); dsWait(); delayMs(1); writeByte(0xcc);writeByte(0x44);
}void sendReadCmd()
{dsInit();dsWait();delayMs(1);writeByte(0xcc); writeByte(0xbe);
}int getTmpValue()
{unsigned int tmpvalue;int value; float t;unsigned char low, high;sendReadCmd();low = readByte(); high = readByte();tmpvalue = high;tmpvalue <<= 8;tmpvalue |= low;value = tmpvalue;\t = value * 0.0625;\value = t * 100 + (value > 0 ? 0.5 : -0.5); //大于0加0.5, 小于0减0.5return value;
}void display(int v)
{unsigned char count;unsigned char datas[] = {0, 0, 0, 0, 0};unsigned int tmp = abs(v);datas[0] = tmp / 10000;datas[1] = tmp % 10000 / 1000;datas[2] = tmp % 1000 / 100;datas[3] = tmp % 100 / 10;datas[4] = tmp % 10;writeComm(0xc0+3);if(v < 0){writeString("- ", 2);}else{writeString("+ ", 2);}if(datas[0] != 0){writeData('0'+datas[0]);}for(count = 1; count != 5; count++){writeData('0'+datas[count]);if(count == 2){writeData('.');}}
}
/**//*****************************DS18B20*******************************/void main()
{uchar table[] = " xianzaiwendu: ";sendChangeCmd();init();writeComm(0x80);writeString(table, 16);while(1){delayMs(1000); //温度转换时间需要750ms以上writeComm(0xc0);display(getTmpValue());sendChangeCmd();}
}
3、STM32
#include "stm32f4xx_hal.h"// DS18B20引脚定义
#define DS18B20_GPIO_PORT GPIOA
#define DS18B20_GPIO_PIN GPIO_PIN_0// 定义DS18B20相关命令
#define DS18B20_CMD_SKIP_ROM 0xCC
#define DS18B20_CMD_CONVERT_T 0x44
#define DS18B20_CMD_READ_SCRATCHPAD 0xBE// 函数声明
void DS18B20_DelayUs(uint32_t us);
void DS18B20_Init(void);
uint8_t DS18B20_Reset(void);
void DS18B20_WriteByte(uint8_t byte);
uint8_t DS18B20_ReadByte(void);
float DS18B20_GetTemperature(void);int main(void)
{// 初始化HAL库HAL_Init();// 初始化GPIO引脚__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.Pin = DS18B20_GPIO_PIN;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(DS18B20_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);while (1){// 测量温度并输出结果float temperature = DS18B20_GetTemperature();printf("Temperature: %.2f°C\r\n", temperature);// 延时一段时间HAL_Delay(1000);}
}// 微秒级延时函数
void DS18B20_DelayUs(uint32_t us)
{uint32_t ticks = us * (SystemCoreClock / 1000000) / 3;while (ticks--){__NOP();}
}// 初始化DS18B20
void DS18B20_Init(void)
{// 复位DS18B20DS18B20_Reset();// 发送跳过ROM命令DS18B20_WriteByte(DS18B20_CMD_SKIP_ROM);
}// 复位DS18B20并检测设备存在
uint8_t DS18B20_Reset(void)
{uint8_t presence = 0;// 拉低总线HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);DS18B20_DelayUs(480);// 释放总线HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET);DS18B20_DelayUs(60);// 检测DS18B20响应presence = HAL_GPIO_ReadPin(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN);DS18B20_DelayUs(420);return presence;
}// 发送一个字节给DS18B20
void DS18B20_WriteByte(uint8_t byte)
{for (uint8_t i = 0; i < 8; i++){// 发送低位HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);DS18B20_DelayUs(2);// 发送高位，根据byte的第i位来决定if (byte & (1 << i)){HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET);}DS18B20_DelayUs(60);// 释放总线HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET);}
}// 从DS18B20读取一个字节
uint8_t DS18B20_ReadByte(void)
{uint8_t byte = 0;for (uint8_t i = 0; i < 8; i++){// 发送低位HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);DS18B20_DelayUs(2);// 释放总线HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET);DS18B20_DelayUs(8);// 读取高位数据if (HAL_GPIO_ReadPin(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN)){byte |= (1 << i);}DS18B20_DelayUs(50);}return byte;
}// 读取DS18B20温度
float DS18B20_GetTemperature(void)
{DS18B20_Init();// 发送温度转换命令DS18B20_WriteByte(DS18B20_CMD_CONVERT_T);// 等待转换完成HAL_Delay(800);// 复位DS18B20并跳过ROMDS18B20_Init();// 发送读取寄存器命令DS18B20_WriteByte(DS18B20_CMD_READ_SCRATCHPAD);// 读取温度数据uint8_t tempLow = DS18B20_ReadByte();uint8_t tempHigh = DS18B20_ReadByte();// 计算温度值int16_t temp = (tempHigh << 8) | tempLow;float temperature = (float)temp / 16.0f;return temperature;
}