基于DS18B20测温系统解决方案

英创嵌入式主板以其优异的稳定性、独特的设计及方便使用等优点，在嵌入式领域占有一席之地。在工业现场，经常有监测环境温度的需求，本方案应用DS18B20为温度采集芯片，与英创嵌入式主板的GPIO相连，就可以组成完整的测温系统。由于DS18B20每条总线上可以最多接8个测温点，那么英创嵌入式主板至少可以接64个测温点。 

        DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1-Wire即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温，测量温度范围在-55°C到+125°C之间，数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择；并且内部有温度上、下限告警设置，使用非常方便。 

        TO-92封装的DS18B20的引脚排列见图1，其引脚功能描述见表1。

 

        表1 DS18B20详细引脚功能描述：

序号	名称	引脚功能描述
1	GND	地信号
2	DQ	数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚   当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源
3	VDD	可选的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地

DS18B20的使用方法  
        由于DS18B20采用的是1-Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对嵌入式主板来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用GPIO的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。在本示例中，只需把管脚2接英创嵌入式主板的GPIO，管脚3接5V电源，管脚1接地，就可以搭建起测试环境，如图二所示。如果需要测试多点温度，可以把多个DS18B20并起。

 

        由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将嵌入式主板作为主设备，单总线器件作为从设备。每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件送回数据，在进行写命令后，主机需要启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。 

        下面是18B20的时序图，根据时序的要求，改变GPIO的电平，可以完成18B20的操作。

DS18B20复位时序

 

        根据以上DS18B20的时序，初始化的函数如下： 

Init18b20() 
{ 
        char flag; 
        OutBit(1); 
        Delayus(1); 
        OutBit(0); 
        Delayus(600); // 复位信号480—960us 
        OutBit(1); 
        Delayus(60); // 等待15-60us 
        if(ReadBit()) // 检查存在电平，如果为低，说明18B20正确复位 
        { 
                printf('init fail'); 
                return false; // detect 1820 fail! 
        } 
        else 
        { 
                Sleep(1); 
                OutBit(1); 
                return true; // detect 1820 success! 
        } 
} 

        DS18B20的数据读写时通过时间间隙处理位和命令字来确认信息交换。 

DS18B20的写时间隙 
        当主机把数据线从逻辑高电平拉到逻辑低电平的时候，写时间隙开始。有两种写时间隙：写1时间隙和写0时间隙。所有写时间隙必须最少持续60us，包括两个写周期间至少1us的恢复时间。 

        I/O线电平变低后，DS18B20在一个15us到60us的窗口内对I/O线采样。如果线上是高电平，就是写1，如果线上是低电平，就是写0。如图所示。

 

void DS18B20::WriteByte(uchar wr) 
{ 
        uchar i; 
        OutBit(1); 
        Delayus(1); 
        for (i=0;i<8;i++) // 写8bit 
        { 
                OutBit(0) ; // 总线拉低，写间隙开始 
                Delayus(10); // 延时 2-12us 
                OutBit(wr&0x01) ; // 写数据到总线 
                Delayus(30); // 在15us-60us之间采用 
                OutBit(1); // 释放总线 
                wr >>= 1; 
                Delayus(2); 
        } 
        Sleep(1); // 字节之间最好间隔的稍微长一点 
} 

DS18B20的读时间隙 
        当从DS18B20读取数据时，主机生成读时间隙。当主机把数据线从高电平拉到低电平时，读时间隙开始，数据线必须保持至少1us；从DS8B20输出的数据在读时间隙的下降沿出现后15us内有效。对于DS18B20的读时隙是从主机把总线拉低之后，在15微秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少要60us才能完成。

 

        根据以上的读时序图，读字节函数如下： 

UCHAR DS18B20::ReadByte() 
{ 
        uchar i,u=0; 
        OutBit(1); 
        Delayus(1); 
        for(i=0;i<8;i++) // 读一字节 
        { 
                OutBit(0) ; // 总线拉低，读间隙开始 
                Delayus(2); 
                OutBit(1) ; // 拉高总线 
                Delayus(4); // 在1-14us之内读取总线数据 
                u >>= 1; 
                if(ReadBit()==1) u |= 0x80; 
                        Delayus(60); // 读取数据周期至少60us 
                OutBit(1) ; 
        } 
        return(u); 
} 

        在读温度之前，要先启动温度转换，如果采用寄生电源供电，温度转换的时间应该大于500毫秒。对于一条总线的多个18B20来说，启动转换不需要匹配18B20的ROM地址。 

void DS18B20::StartConvert() 
{ 
        Init18b20 (); 
        WriteByte(0xcc); // 跳过ROM 
        WriteByte(0x44); // 启动转换命令 
} 

        在读指定的18B20时，就要先发匹配命令，再发ROM序列号，具体请参考下面的程序： 

void DS18B20::TemperatuerResult(char id) 
{ 
        uchar i; 
        Init18b20 (); 
        WriteByte(0x55); // 匹配ROM地址 
        for(i=0;i<8;i++) // 发18B20地址码 
        { 
                WriteByte(b20rom[id][i]); 
        } 
        WriteByte(0xbe); // 发读温度命令 
        read_bytes(2); // 前2个字节为温度值 
        temp=temp_buff[1]&0x0f; // 去掉符号位 
        temp=temp<<8; 
        temp=temp+temp_buff[0]; 
        Temperature=temp*0.0625; // 得到温度值 
} 

        源程序请参考光盘源码。