DS18B20温度传感器

1、DS18B20 单线数字温度传感器，即“一线器件”，其具有独特的优点：

• 采用单总线的接口方式 与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量。
• 测量温度范围宽，测量精度高 DS18B20 的测量范围为 -55 ℃ ~+ 125 ℃ ; 在 -10~+ 85°C范围内，精度为 ± 0.5°C 。
• 在使用中不需要任何外围元件。
• 持多点组网功能 多个 DS18B20 可以并联在惟一的单线上，实现多点测温。
• 供电方式灵活 DS18B20 可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高。
• 测量参数可配置 DS18B20 的测量分辨率可通过程序设定 9~12 位。
• 负压特性电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
• 掉电保护功能 DS18B20 内部含有 EEPROM ，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。

2、DS18B20内部结构：

DS18B20内部主要包括，64位ROM、2字节温度输出寄存器、1字节上下警报寄存器（TH和TL）和1字节配置寄存器。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挂接多个DS18B20的目的。配置寄存器允许用户将温度 - 数字转换的分辨率设置为9,10,11或12位。DS18B20控制引脚需要一个上拉电阻，并通过开漏模式连接到总线。DS18B20无需外部电源也可运行，当总线为高电平时，通过DQ引脚提高电源，并将电存储在Cpp电容中，在总线处于低电平时为器件供电，这种方法称为“寄生电源”。另外DS18B20也可通过VDD供电。结构图如下：

 

3、DS18B20内部构成：

 高速暂存存储器由9个字节组成，分为温度的低八位数据0、温度的高8位数据1、高温阈值2、低温阈值3、配置寄存器4、保留5、保留6、保留7和CRC校验8。器件断电时，EEPROM寄存器中的数据保留，上电后，EEPROM数据被重新加载到相应的寄存器位置，也可以使用命令随时将数据从EEPROM重新加载到暂存器中。

4、温度寄存器数据格式：

DS18B20中的温度传感器数据用16位二进制形式提供，其中S为符号位（正数S=0，负数S=1）。温度传感器的分辨率可由用户配置为9、10、11或12位，分别对应0.5℃、0.25 ℃、0.125℃和0.0625℃的增量。开机时的默认分辨率是12位。如果DS18B20配置为12位分辨率，那么温度寄存器中的所有位都将包含有效数据。对于11位分辨率，0位没有定义。对于10位分辨率，位1和0没有定义，对于9位分辨率，位2、位1和位0没有定义。

5、TH和TL报警寄存器格式：

TH和TL寄存器存储温度报警触发值，符号位S表示值是正还是负，对于正数，S=0，对于负数，S=1。DS18B20执行温度转换后，将温度值与用户定义的两个报警触发值进行比较，由于TH和TL是8位寄存器，因此在比较TH和TL时只使用温度寄存器的第11位到第4位，如果被测温度低于或等于TL值，或高于或等于TH值，则在DS18B20内部存在报警条件，并设置报警标志。主设备可以通过发出一个[EC]命令来检查总线上所有DS18B20的报警标志状态。TH和TL寄存器是非易失性的（EEPROM），当设备断电时，它们将保留数据。可以通过内存部分暂存器的字节2和字节3访问TH和TL。

6、配置寄存器数据格式：

在配置寄存器中，我们可以通过R0和R1设置DS18B20的转换分辨率，DS18B20在上电后默认R0=1和R1=1(12分辨率)，寄存器中的第7位和第0位到4位保留给设备内部使用。

7、 初始化时序：

主机首先发出一个最少480微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的480微秒时间内对总线进行检测，如果有低电平出现说明总线上有器件已做出应答。若无低电平出现一直都是高电平说明总线上无器件应答。

做为从器件的DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有至少480微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待15-60微秒后将总线电平拉低60-240微秒做出响应存在脉冲，告诉主机本器件已做好准备。若没有检测到就一直在检测等待。

8、写操作时序：

 

 写周期最少为60微秒，最长不超过120微秒。若主机想写0，则把总线拉低电平最少60微秒直至写周期结束。若主机想写1，则一开始主机先把总线拉低1微秒表示写周期开始，1微秒后就释放总线为高电平，一直到写周期结束。做为从机的DS18B20则在检测到总线被拉底后等待15微秒然后从15us到45us开始对总线采样，在采样期内总线为高电平则为1，若采样期内总线为低电平则为0。

9、读操作时序：

 对于读数据操作时序也分为读0时序和读1时序两个过程。读时序是从主机把单总线拉低之后，在1微秒之后就得释放单总线为高电平，以让DS18B20把数据传输到单总线上。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。主机在一开始拉低总线1微秒后释放总线，然后在包括前面的拉低总线电平1微秒在内的15微秒时间内完成对总线进行采样检测，采样期内总线为低电平则确认为0。采样期内总线为高电平则确认为1。完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。

10、DS18B20 单线通信功能是分时完成的，他有严格的时序概念，如果出现序列混乱， 1-WIRE 器件将不响应主机，因此读写时序很重要。系统对 DS18B20 的各种操作必须按协议进行。根据 DS18B20 的协议规定，微控制器控制 DS18B20 完成温度的转换必须经过以下 3个步骤 ：

• 1、每次读写前对 DS18B20 进行复位初始化。复位要求主 CPU 将数据线下拉 500us ，然后释放， DS18B20 收到信号后等待 16us~60us 左右，然后发出60us~240us 的存在低脉冲，主 CPU 收到此信号后表示复位成功。

• 2、发送一条 ROM 指令。

 

•  3、发送存储器指令。

11、 Sensor_Temp.c

#include "sensor_temperature.h"
#include "bsp_systick.h"		 
							
// 传感器复位函数
void DS18B20_Reset(void)
{
    DS18B20_DQ_OUT_L;
    SYSTICK_DelayUs(480);   
    DS18B20_DQ_OUT_H;
    SYSTICK_DelayUs(15);	
}

// 等待传感器响应函数
bool DS18B20_Check(void) 	   
{   
    uint8_t retry = 0;
    while(DS18B20_DQ_IN)  { if(retry++ > 60) { return false;} else { SYSTICK_DelayUs(1);	} }	
    retry = 0;	
    while(!DS18B20_DQ_IN) { if(retry++ > 240){ return false;} else { SYSTICK_DelayUs(1);	} }	
	return true;
}

// 传感器初始化
bool DS18B20_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

    RCC_AHBPeriphClockCmd(DS18B20_RCC_ClockCmd , ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DS18B20_GPIO_Pin_x;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_OD;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
    GPIO_Init(DS18B20_GPIOx, &GPIO_InitStructure);

    DS18B20_Reset(); // 传感器复位
    return DS18B20_Check();
}

// 向传感器写数据
void DS18B20_Write(uint8_t data)
{
    for (uint8_t i=0; i<8; i++) 			
    {		
	if(data&0x01)			
	{
	    DS18B20_DQ_OUT_L;
	    SYSTICK_DelayUs(2);     
	    DS18B20_DQ_OUT_H;
	    SYSTICK_DelayUs(60);    	 
	}
	else 						
	{
	    DS18B20_DQ_OUT_L;
	    SYSTICK_DelayUs(60);      
	    DS18B20_DQ_OUT_H;
	    SYSTICK_DelayUs(2);     
	}
	data >>= 1;
    }
}

// 从传感器读取一个Bit数据
uint8_t DS18B20_Read_Bit(void) 
{
    uint8_t data;
    DS18B20_DQ_OUT_L;
    DS18B20_DELAY_2US();
    DS18B20_DQ_OUT_H;
    DS18B20_DELAY_2US();
    data = DS18B20_DQ_IN;
    SYSTICK_DelayUs(50);
    return data;
}

// 从传感器中读取一个字节数据
uint8_t	DS18B20_Read_Byte(void)
{
    uint8_t data = 0;
    for(uint8_t i=0; i<8; i++)
    {
	data >>= 1;
	if(DS18B20_Read_Bit())
	{
	    data |= 0x80;			
	}
    }
    return data;
}


// 向传感器发送指令，测量温度
void DS18B20_Start(void)
{
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_Check();
    DS18B20_Write(0xCC); // 忽略ROM地址，直接发送命令
    DS18B20_Write(0x44); // 启动DS18B20单个温度转换
}

float data;
// 读取传感器的值
float	DS18B20_Get_Temp(void)
{
    DS18B20_Start();
    DS18B20_Reset();
    DS18B20_Check();
    DS18B20_Write(0xCC); // 忽略ROM地址，直接发送命令
    DS18B20_Write(0xBE); // 读取暂存器中9字节数据
    data = ((uint16_t)DS18B20_Read_Byte() | DS18B20_Read_Byte()  << 8) * 0.0625f;
    return data;
}

8、Sensor_Temp.h

#ifndef _BSP_TEMPERATURE_H_
#define _BSP_TEMPERATURE_H_

#include "stm32f0xx.h"
#include 

#define DS18B20_RCC_ClockCmd			RCC_AHBPeriph_GPIOA
#define DS18B20_GPIO_Pin_x			GPIO_Pin_0
#define DS18B20_GPIO_NUMBER			0
#define DS18B20_GPIOx				GPIOA
										   
#define	DS18B20_DQ_OUT_H	GPIO_SetBits(DS18B20_GPIOx, DS18B20_GPIO_Pin_x)
#define DS18B20_DQ_OUT_L	GPIO_ResetBits(DS18B20_GPIOx, DS18B20_GPIO_Pin_x)
#define	DS18B20_DQ_IN  		GPIO_ReadInputDataBit(DS18B20_GPIOx, DS18B20_GPIO_Pin_x)

// 定义内联延时函数
static inline void DS18B20_DELAY_2US(void)
{
	__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
	__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
	__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
	__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
	__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
	__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
	__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
	__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
	__nop();__nop();__nop();__nop();		
}	 		
	

void DS18B20_Reset(void);
bool DS18B20_Check(void);
bool DS18B20_Init(void);
uint8_t DS18B20_Read_Bit(void);
uint8_t DS18B20_Read_Byte(void);
void DS18B20_Write_Byte(uint8_t dat);
void DS18B20_Start(void);
float DS18B20_Get_Temp(void);
	
#endif

9、主函数

int main()
{
    SYSTICK_Init(1); // 滴答定时器初始化
    DS18B20_Init(); // 传感器初始化
    USART1_Init(); // 串口初始化
    while(1)
    {
	printf("Temperature is: %f\r\n",DS18B20_Get_Temp());	
	SYSTICK_DelayMs(800);
    }
}

参考资料地址：http://www.21ic.com/jichuzhishi/datasheet/DS18B20/data/187578.html