DS18B20温度转换与显示

单片机练习 - DS18B20温度转换与显示

最近都在学习和写单片机的程序, 今天有空又模仿DS18B20温度测量显示实验写了一个与DS18B20基于单总线通信的程序.

DS18B20 数字温度传感器(参考:智能温度传感器DS18B20的原理与应用)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。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计。DS18B20 产品的特点:
（1）、只要求一个I/O 口即可实现通信。
（2）、在DS18B20 中的每个器件上都有独一无二的序列号。
（3）、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。
（4）、测量温度范围在－55 到＋125℃之间; 在-10 ~ +85℃范围内误差为±5℃;
（5）、数字温度计的分辨率用户可以从9 位到12 位选择。将12位的温度值转换为数字量所需时间不超过750ms;
（6）、内部有温度上、下限告警设置。

DS18B20引脚分布图

DS18B20 详细引脚功能描述:
1、GND 地信号；
2、DQ数据输入出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用在寄生电源下，此引脚可以向器件提供电源；漏极开路, 常太下高电平. 通常要求外接一个约5kΩ的上拉电阻.
3、VDD可选择的VDD 引脚。电压范围:3~5.5V; 当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。

DS18B20存储器结构图

暂存储器的头两个字节为测得温度信息的低位和高位字节;
第3, 4字节是TH和TL的易失性拷贝, 在每次电复位时都会被刷新;
第5字节是配置寄存器的易失性拷贝, 同样在电复位时被刷新;
第9字节是前面8个字节的CRC检验值.

配置寄存器的命令内容如下:

0

R1

R0

1

1

1

1

1

MSB                                                                LSB
R0和R1是温度值分辨率位, 按下表进行配置.默认出厂设置是R1R0 = 11, 即12位.

温度值分辨率配置表

R1	R0	分辨率	最大转换时间(ms)
0	0	9bit	93.75(tconv/8)
0	1	10bit	183.50(tconv/4)
1	0	11bit	375(tconv/2)
1	1	12bit	750 (tconv)

4种分辨率对应的温度分辨率为0.5℃, 0.25℃, 0.125℃, 0.0625℃(即最低一位代表的温度值)

12位分辨率时的两个温度字节的具体格式如下:
低字节:

2^3

2^2

2^1

2^0

2^-1

2^-2

2^-3

2^-4

高字节:

S

S

S

S

S

2^6

2^5

2^4

其中高字节前5位都是符号位S, 若分辨率低于12位时, 相应地使最低为0, 如: 当分辨率为10位时, 低字节为:

2^3

2^2

2^1

2^0

2^-1

2^-2

0

0

, 高字节不变....

一些温度与转换后输出的数字参照如下:

温度	数字输出	换成16进制
+125℃	00000111 11010000	07D0H
+85℃	00000101 01010000	0550H
+25.0625℃	00000001 10010001	0191H
+10.125℃	00000000 10100010	00A2H
+0.5℃	00000000 00001000	0008H
0℃	00000000 00000000	0000H
-0.5℃	11111111 11111000	FFF8H
-10.125℃	11111111 01011110	FFE5H
-25.0625℃	11111110 01101111	FF6FH
-55℃	11111100 10010000	FC90H

由上表可看出, 当输出是负温度时, 使用补码表示, 方便计算机运算(若是用C语言, 直接将结果赋值给一个int变量即可).

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，而对单片机来说，我们必须采用 软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。
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(dsInit()实现)、读时序(readByte())、写时序(writeByte())。
所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而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回送数据，在进行写命令后，主机需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。

DS18B20与单片机连接电路图:


利用软件模拟DS18B20的单线协议和命令:主机操作DS18B20必须遵循下面的顺序
1. 初始化
单线总线上的所有操作都是从初始化开始的. 过程如下:
1)请求: 主机通过 拉低单线 480us以上, 产生复位脉冲, 然后释放该线, 进入Rx接收模式. 主机释放总线时, 会产生一个 上升沿脉冲.
DQ : 1 -> 0(480us+) -> 1 
2)响应: DS18B20检测到该上升沿后, 延时15~60us, 通过 拉低总线60~240us来产生应答脉冲.
DQ: 1(15~60us) -> 0(60~240us)
3)接收响应: 主机接收到从机的应答脉冲后, 说明有单线器件在线. 至此, 初始化完成.
DQ: 0

2. ROM操作命令
当主机检测到应答脉冲, 便可发起ROM操作命令. 共有5类ROM操作命令, 如下表

命令类型	命令字节	功能
Read Rom   读ROM	33H	读取激光ROM中的64位,只能用于总线上单个DS18B20器件情况, 多挂时会发生数据冲突
Match Rom匹配ROM	55H	此命令后跟64位ROM序列号,寻址多挂总线上的对应DS18B20.只有序列号完全匹配的DS18B20才能响应后面的内存操作命令,其他不匹配的将等待复位脉冲.可用于单挂或多挂两种情况.
Skip Rom   跳过ROM	CCH	可无须提供64位ROM序列号即可运行内存操作命令, 只能用于单挂.
Search Rom搜索ROM	F0H	通过一个排除法过程, 识别出总线上所有器件的ROM序列号
Alarm Search告警搜索	ECH	命令流程与Search Rom相同, 但DS18B20只有最近的一次温度测量时满足了告警触发条件的, 才会响应此命令.

3. 内存操作命令
在成功执行ROM操作命令后, 才可使用内存操作命令. 共有6种内存操作命令:

命令类型	命令字节	功能
Write Scratchpad 写暂存器	4EH	写暂存器中地址2~地址4的3个字节(TH,TL和配置寄存器)在发起复位脉冲之前,3个字节都必须要写.
Read Scratchpad 读暂存器	BEH	读取暂存器内容,从字节0~一直到字节8, 共9个字节,主机可随时发起复位脉冲,停止此操作,通常我们只需读前5个字节.
Copy Scratchpad 复制暂存器	48H	将暂存器中的内容复制进EERAM, 以便将温度告警触发字节存入非易失内存. 如果此命令后主机产生读时隙, 那么只要器件还在进行复制都会输出0, 复制完成后输出1.
Convert T  温度转换	44H	开始温度转换操作. 若在此命令后主机产生时隙, 那么只要器件还在进行温度转换就会输出0, 转换完成后输出1.
Recall E2    重调E2暂存器	B8H	将存储在EERAM中的温度告警触发值和配置寄存器值重新拷贝到暂存器中,此操作在DS18B20加电时自动产生.
Read Power Supply 读供电方式	B4H	主机发起此命令后每个读数时隙内,DS18B20会发信号通知它的供电方式:0寄生电源, 1外部供电.

4. 数据处理
DS18B20要求有严格的时序来保证数据的完整性. 在单线DQ上, 有复位脉冲, 应答脉冲, 写0, 写1, 读0, 读1这6种信号类型. 除了应答脉冲外, 其它都由主机产生. 数据位的读和写是通过读、写时隙实现的.
1) 写时隙: 当主机将数据线从高电平拉至低电平时, 产生写时隙.所有写时隙都必须在60us以上, 各写时隙间必须保证1us的恢复时间.
写"1" : 主机将数据线DQ先拉低, 然后释放15us后, 将数据线DQ拉高;
写"0" : 主机将DQ拉低并至少保持60us以上.
2)读时隙: 当主机将数据线DQ从高电平拉至低电平时, 产生读时隙. 所有读时隙最短必须持续60us, 各读时隙间必须保证1us的恢复时间.
读: 主机将DQ拉低至少1us,. 此时主机马上将DQ拉高, 然后就可以延时15us后, 读取DQ即可.


源代码: (测量范围: 0 ~ 99度)

来源：http://www.cnblogs.com/fengmk2/archive/2007/03/11/670955.html

DS18B20