【常用传感器】DS18B20温度传感器原理详解及例程代码 |
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【常用传感器】DS18B20温度传感器原理详解及例程代码
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数字温度传感器（DS18B20）
DS18B20是一款常用的高精度的单总线数字温度测量芯片。具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。
测温范围为-55℃到+125℃，在-10℃到+85℃范围内误差为±0.4°。 返回16位二进制温度数值 主机和从机通信使用单总线，即使用单线进行数据的发送和接收 在使用中不需要任何外围元件，独立芯片即可完成工作。 掉电保护功能 DS18B20 内部含有 EEPROM ，通过配置寄存器可以设定数字转换精度和报警温度，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。 每个DS18B20都有独立唯一的64位-ID，此特性决定了它可以将任意多的DS18b20挂载到一根总线上，通过ROM搜索读取相应DS18B20的温度值 宽电压供电，电压2.5V~5.5V DS18B20返回的16位二进制数代表此刻探测的温度值，其高五位代表正负。如果高五位全部为1，则代表返回的温度值为负值。如果高五位全部为0，则代表返回的温度值为正值。后面的11位数据代表温度的绝对值，将其转换为十进制数值之后，再乘以0.0625即可获得此时的温度值。 传感器引脚及原理图DS18B20传感器的引脚及封装图如下:
单个DS18B20接线方式： VDD接到电源，DQ接单片机引脚，同时外加上拉电阻，GND接地 注意这个上拉电阻是必须的，就是DQ引脚必须要一个上拉电阻 DS18B20上拉电阻首先我们要知道什么是漏极开路： 首先看一下 场效应管（MOSFET） 漏极开路：MOS管的栅极G和输入连接，源极S接公共端，漏极D悬空（开路）什么也没有接，直接输出 ，这时只能输出低电平和高阻态，不能输出高电平。 那么这个时候会出现三种情况： 图a为正常输出（内有上拉电阻）：场效应管导通时，输出低电位输出低电位，截止时输出高电位。 图b为漏极开路输出，外接上拉电阻：场效应管导通时，驱动电流是从外部的VCC流经电阻通过MOSFET到GND，输出低电位，截止时输出高电位。 图c为漏极开路输出，无外接上拉电阻：场效应管导通时输出低电位，截止呈高阻态(断开)。 总结： 开漏输出只能输出低电平，不能输出高电平。漏极开路输出高电平时必须在输出端与正电源（VCC）间外接一个上拉电阻。否则只能输出高阻态。 DS18B20 是单线通信，即接收和发送都是这个通信脚进行的。 其接收数据时为高电阻输入，其发送数据时是开漏输出，本身不具有输出高电平的能力，即输出0时通过MOS下拉为低电平，而输出1时，则为高阻，需要外接上拉电阻将其拉为高电平。 因此，需要外接上拉电阻，否则无法输出1。 外接上拉电阻阻值： DS18B20的工作电流约为1mA，VCC一般为5V，则电阻R=5V/1mA=5KΩ， 所以正常选择4.7K电阻，或者相近的电阻值。 DS18B20寄生电源DSl8B20的另一个特点是不需要再外部供电下即可工作。当总线高电平时能量由单线上拉电阻经过DQ引脚获得。高电平同时充电一个内部电容，当总线低电平时由此电容供应能量。这种供电方法被称为“寄生电源”。另外一种选择是DSl8B20由接在VDD的外部电源供电 主要由以下3部分组成： 64 位ROM，高速暂存器，存储器 64 位ROM存储独有的序列号 ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 高速暂存器包含： 温度传感器一个字节的温度上限和温度下限报警触发器(TH和TL)配置寄存器允许用户设定9位，10位，11位和12位的温度分辨率，分别对应着温度的分辨率为：0.5°C，0.25°C，0.125°C，0.0625°C，默认为12位分辨率，存储器：由一个高速的RAM和一个可擦除的EEPROM组成，EEPROM存储高温和低温触发器(TH和TL)以及配置寄存器的值，(就是存储低温和高温报警值以及温度分辨率) 高速暂存器由9个字节组成 字节0~1 是温度存储器，用来存储转换好的温度。第0个字节存储温度低8位，第一个字节存储温度高8位字节2~3 是用户用来设置最高报警和最低报警值(TH和TL)。字节4 是配置寄存器，用来配置转换精度，可以设置为9~12 位。字节5~7 保留位。芯片内部使用字节8 CRC校验位。是64位ROM中的前56位编码的校验码。由CRC发生器产生。
DS18B20温度读取与计算
DS18B20采用16位补码的形式来存储温度数据，温度是摄氏度。当温度转换命令发布后，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。 高字节的五个S为符号位，温度为正值时S=1,温度为负值时S=0 剩下的11位为温度数据位，对于12位分辨率，所有位全部有效，对于11位分辨率，位0(bit0)无定义，对于10位分辨率，位0和位1无定义,对于9位分辨率，位0，位1，和位2无定义
对应的温度计算： 当五个符号位S=0时，温度为正值，直接将后面的11位二进制转换为十进制，再乘以0.0625(12位分辨率)，就可以得到温度值; 当五个符号位S=1时，温度为负值，先将后面的11位二进制补码变为原码(符号位不变，数值位取反后加1)，再计算十进制值。再乘以0.0625(12位分辨率)，就可以得到温度值; 例如： +125℃的数字输出07D0(00000111 11010000) 转换成10进制是2000，对应摄氏度：0.0625x2000=125°C -55℃的数字输出为 FC90。 首先取反，然后+1，转换成原码为：11111011 01101111 数值位转换成10进制是870，对应摄氏度：-0.0625x870=-55°C
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。每次只传输1位数据 单片机想要给DS18B20写入一个0时，需要将单片机引脚拉低，保持低电平时间要在60~120us之间，然后释放总线 单片机想要给DS18B20写入一个1时，需要将单片机引脚拉低，拉低时间需要大于1us，然后在15us内拉高总线. 在写时序起始后15μs到60μs期间，DS18B20处于采样单总线电平状态。如果在此期间总线为高电平，则向DS18B20写入1;如果总线为低电平，则向DSl8B20写入0。 注意：2次写周期之间至少间隔1us
ROM指令： 采用多个DS18B20时，需要写ROM指令来控制总线上的某个DS18B20 如果是单个DS18B20,直接写跳过ROM指令0xCC即可 RAM指令，DS18B20的一些功能指令 常用的是： 温度转换 0x44 开启温度读取转换，读取好的温度会存储在高速暂存器的第0个和第一个字节中 读取温度 0xBE 读取高速暂存器存储的数据 读时隙由主机拉低总线电平至少1μs然后再释放总线，读取DS18B20发送过来的1或者0 DS18B20在检测到总线被拉低1微秒后，便开始送出数据，若是要送出0就把总线拉为低电平直到读周期结束。若要送出1则释放总线为高电平。
同时注意：主机只有在发送读暂存器命令(0xBE)或读电源类型命令(0xB4)后，立即生成读时隙指令，DS18B20才能向主机传送数据。 也就是先发读取指令，再发送读时隙 最后一点： 写时序注意是先写命令的低字节，比如写入跳过ROM指令0xCC(11001100),写的顺序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹”， 读时序时是先读低字节，在读高字节，也就是先读取高速暂存器的第0个字节(温度的低8位)，在读取高速暂存器的第1个字节(温度的高8位) 我们正常使用DS18B20读取温度读取两个温度字节即可 51例程 sbit DQ=P1^0; //定义DS18b20的管脚 /*****延时子程序*****/ void delay(unsigned int t) { for(;t>0;t--); } /*****初始化DS18B20*****/ unsigned char Init_DS18B20(void) { unsigned char x=0; DQ = 1; //DQ复位 delay(8); //稍做延时 DQ = 0; //单片机将DQ拉低 delay(80); //精确延时，大于480us DQ = 1; //拉高总线 delay(8); x = DQ; //稍做延时后，如果x=0则初始化成功，x=1则初始化失败 delay(4); return x; } /*****读一个字节*****/ unsigned char ReadOneChar(void) { unsigned char i=0; unsigned char dat = 0; for (i=8;i>0;i--) { DQ = 0; // 给脉冲信号 dat>>=1; DQ = 1; // 给脉冲信号 if(DQ) dat|=0x80; delay(4); } return(dat); } /*****写一个字节*****/ void WriteOneChar(unsigned char dat) { unsigned char i=0; for (i=8; i>0; i--) { DQ = 0; DQ = dat&0x01; delay(4); DQ = 1; dat>>=1; } delay(4); } /*****读取温度*****/ int ReadTemperature(void) { unsigned char a=0; unsigned char b=0; unsigned int t=0; t=Init_DS18B20(); if(t) return Real_temp; WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0x44); //启动温度转换 t=Init_DS18B20(); if(t) return Real_temp; WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0xBE); //读取温度寄存器 a=ReadOneChar(); //读低8位 b=ReadOneChar(); //读高8位 t=b; t u8 retry=0; DS18B20_IO_IN(); //SET PG11 INPUT while (DS18B20_DQ_IN&&retry retry++; delay_us(1); }; if(retry>=240)return 1; return 0; } //从DS18B20读取一个位 //返回值：1/0 u8 DS18B20_Read_Bit(void) { u8 data; DS18B20_IO_OUT(); //SET PG11 OUTPUT DS18B20_DQ_OUT=0; delay_us(2); DS18B20_DQ_OUT=1; DS18B20_IO_IN(); //SET PG11 INPUT delay_us(12); if(DS18B20_DQ_IN)data=1; else data=0; delay_us(50); return data; } //从DS18B20读取一个字节 //返回值：读到的数据 u8 DS18B20_Read_Byte(void) { u8 i,j,dat; dat=0; for (i=1;i u8 j; u8 testb; DS18B20_IO_OUT(); //SET PG11 OUTPUT; for (j=1;j DS18B20_DQ_OUT=0; // Write 1 delay_us(2); DS18B20_DQ_OUT=1; delay_us(60); } else { DS18B20_DQ_OUT=0; // Write 0 delay_us(60); DS18B20_DQ_OUT=1; delay_us(2); } } } //开始温度转换 void DS18B20_Start(void) { DS18B20_Rst(); DS18B20_Check(); DS18B20_Write_Byte(0xcc); // skip rom DS18B20_Write_Byte(0x44); // convert } //初始化DS18B20的IO口 DQ 同时检测DS的存在 //返回1:不存在 //返回0:存在 u8 DS18B20_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOG, ENABLE); //使能PORTG口时钟 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11; //PORTG.11 推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure); GPIO_SetBits(GPIOG,GPIO_Pin_11); //输出1 DS18B20_Rst(); return DS18B20_Check(); } //从ds18b20得到温度值 //精度：0.1C //返回值：温度值 （-550~1250） short DS18B20_Get_Temp(void) { u8 temp; u8 TL,TH; short tem; DS18B20_Start (); // ds1820 start convert DS18B20_Rst(); DS18B20_Check(); DS18B20_Write_Byte(0xcc); // skip rom DS18B20_Write_Byte(0xbe); // convert TL=DS18B20_Read_Byte(); // LSB TH=DS18B20_Read_Byte(); // MSB if(TH>7) { TH=~TH; TL=~TL; temp=0; //温度为负 }else temp=1; //温度为正 tem=TH; //获得高八位 temGPIOG->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOG->CRH|=3 |
DS18B20一共有三个引脚，分别是：
场效应管 是电压控制型元器件，只要对栅极施加一定电压，DS就会导通。
代码：
注意：所有读时隙必须至少需要60us，且在两次独立的时隙之间至少需要1ps的恢复时间【本文地址】
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