51单片机与DS18B20课件.ppt

1、单总线数字温度传感器DS18B20单线总线特点 单总线即只有一根数据线，系统中的数单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换，控制都由这根线完成。据交换，控制都由这根线完成。单总线通常要求外接一个约为单总线通常要求外接一个约为 4.7K10K 的上拉电阻，这样，当总线闲置时的上拉电阻，这样，当总线闲置时其状态为高电平。其状态为高电平。DS18B20的特点DS18B20 单线数字温度传感器，即单线数字温度传感器，即“一线器件一线器件”，其具有独特的优点：，其具有独特的优点：（1）采用单总线的接口方式）采用单总线的接口方式 与微处理器连接时与微处理器连接时 仅需要一条口线即可实现微处理仅需要一条口线

2、即可实现微处理器与器与 DS18B20 的双向通讯。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，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。建引入全新概念。（2）测量温度范围宽，测量精度高）测量温度范围宽，测量精度高 DS18B20 的测量范围为的测量范围为-55 +125 ；在在-10+85C 范围内，精度为范围内，精度为 0.5C。（3）在使用中不需要任何外围元件。）在使用中不需要任何外围元件。（4）持多

3、点组网功能）持多点组网功能 多个多个 DS18B20 可以并联在惟一的单线上，实现多点测温。可以并联在惟一的单线上，实现多点测温。（5）供电方式灵活）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，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，使系统结构更趋简单，可靠性更高。可靠性更高。（6）测量参数可配置）测量参数可配置 DS18B20 的测量分辨率可通过程序设定的测量分辨率可通过程序设定 912 位。位。（7）负压特性负压特性 电

4、源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。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。（8）掉电保护功能）掉电保护功能 DS18B20 内部含有内部含有 EEPROM，在系统掉电以后，它仍可保存分，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。辨率及报警温度的设定值。DS18B20 具有体积更小、适用电压更宽、更经济、可选更小的封装方式，更宽的电具有体积更小、适用电压更宽、更经济、可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围，适合于构建自己的经济的测温系统，因此也就被设计者们所青睐。压适用范围，适合于构建自己的经济的测温系统，因此也就被设计者们所青睐。DS18B20内部

5、结构如图所示，内部结构如图所示，主要由主要由4部分组成：部分组成：64 位位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和和TL、配、配置寄存器。置寄存器。ROM中的中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作 是该是该DS18B20的地的地址序列码，每个址序列码，每个DS18B20的的64位序列号均不相同。位序列号均不相同。64位位ROM的排的循环冗余校验码的排的循环冗余校验码（CRC=X8X5X41）。）。ROM的作用是使每一个的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接

6、多个就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。的目的。DS18B20管脚排列DS18B20的管脚排的管脚排列列1.GND为电源为电源 地；地；2.DQ为数字信号输为数字信号输入输出端；入输出端；3.VDD为外接供电为外接供电电源输入端电源输入端（在寄生电源接线（在寄生电源接线方式时接地，方式时接地，寄生电源工作方式寄生电源工作方式（电源从（电源从IO口上口上获得）获得）注意：当温度高于注意：当温度高于 时，不能使用寄生电源，因为此时时，不能使用寄生电源，因为此时器件中较大的漏电流会使总线不能可靠检测高低电平，从而导致器件中较大的漏电流会使总线不能可靠检测高低电平，从而导致数据传输误码率

7、的增大。数据传输误码率的增大。外接电源工作方式外接电源工作方式 锐志RZ-51V2.0开发板18B20连接示意图（因为我们开发板上（因为我们开发板上P0P3口均有上拉电阻口均有上拉电阻 所以此处没有画出）所以此处没有画出）DS18B20内部构成DS18B20 内部结构主要由四部分组成：内部结构主要由四部分组成：64 位光刻位光刻 ROM、温度传感器、非挥发、温度传感器、非挥发的温度报警触发器的温度报警触发器 TH 和和 TL、配置寄存器。、配置寄存器。光刻光刻 ROM 中的中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该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

8、列码。的地址序列码。64 位光刻位光刻 ROM 的排列是：开始的排列是：开始 8 位（地址：位（地址：28H）是产品类）是产品类型标号，接着的型标号，接着的 48 位是该位是该 DS18B20 自身的序列号，并且每个自身的序列号，并且每个 DS18B20 的序列号的序列号都不相同，因此它可以看作是该都不相同，因此它可以看作是该 DS18B20 的地址序列码；最后的地址序列码；最后 8 位则是前面位则是前面 56 位的循环冗余校验码（位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。由于每一个）。由于每一个 DS18B20 的的 ROM 数数据都各不相同，因此微控制器就可以通过单总线对多个据都

9、各不相同，因此微控制器就可以通过单总线对多个 DS18B20 进行寻址，从而进行寻址，从而实现一根总线上挂接多个实现一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的。的目的。DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用中的温度传感器完成对温度的测量，用16位二进制形式提供，形式表达，其中位二进制形式提供，形式表达，其中S为符号位。为符号位。例例 如如125的数字输出为的数字输出为07D0H（正温度（正温度 直接吧直接吧16进制数转成进制数转成10进制即得到温度值进制即得到温度值）-55的数字输出为的数字输出为 FC90H。（负温度（负温度 把得到的把得到的16进制数进制数 取反后取反后 加加1

10、再转成再转成10进制数）进制数）其中配置寄存器的格式如下：其中配置寄存器的格式如下：低五位一直都是低五位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置是测试模式位，用于设置DS18B20在在工作模式还是在测试模式。在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。，用户不要去改动。R1和和R0用来设置用来设置分辨率，如下图所示：（分辨率，如下图所示：（DS18B20出厂时被设置为出厂时被设置为12位）位）配置寄存器与分辨率关系表配置寄存器与分辨率关系表 高速暂存存储器由高速暂存存储器由9个字节组成，当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节个字节组

11、成，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补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，对应的温度计算：当符号位据，读取时低位在前，高位在后，对应的温度计算：当符号位S=0时，直接将二进制位时，直接将二进制位转换为十进制；当转换为十进制；当S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。时，先将补码变为原码，再计算十进制值。温度的低八位数据 0温度的高八位数据 1高温阀值2低温阀值3保留4保留5计数剩余值6每度计数值7CRC校验8DS18B20的工作时序DS

12、18B20的一线工作协议流程是：的一线工作协议流程是：初始化初始化ROM操作指令操作指令存储器操作指令存储器操作指令数据传输。数据传输。其工作时序包括：其工作时序包括：l初始化时序初始化时序l写时序写时序l读时序读时序初始化时序主机首先发出一个主机首先发出一个480960微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的的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。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。若无低电平出现一直都是高电平

13、说明总线上无器件应答。做为从器件的做为从器件的DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有在一上电后就一直在检测总线上是否有480960微秒的低微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待1560微秒后将总线电平拉低微秒后将总线电平拉低60240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。待。接下来就是主机发出各种操作命令，但各种操作命令都是向接下来就是主机发出各种操作命令，但各种操作命令都是向DS18B20写写0和写和写1组成的命令字节，

14、组成的命令字节，接收数据时也是从接收数据时也是从DS18B20读取读取0或或1的过程。因此首先要搞清主机是如何进行写的过程。因此首先要搞清主机是如何进行写0、写、写1、读、读0和读和读1的。的。写周期最少为写周期最少为60微秒，最长不超过微秒，最长不超过120微秒。写周期一开始做为主机先把总线拉低微秒。写周期一开始做为主机先把总线拉低1微秒表示微秒表示写周期开始。随后若主机想写写周期开始。随后若主机想写0，则继续拉低电平最少，则继续拉低电平最少60微秒直至写周期结束，然后释放总微秒直至写周期结束，然后释放总线为高电平。若主机想写线为高电平。若主机想写1，在一开始拉低总线电平，在一开始拉低总线电

15、平1微秒后就释放总线为高电平，一直到写微秒后就释放总线为高电平，一直到写周期结束。而做为从机的周期结束。而做为从机的DS18B20则在检测到总线被拉底后等待则在检测到总线被拉底后等待15微秒然后从微秒然后从15us到到45us开开始对总线采样，在采样期内总线为高电平则为始对总线采样，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，若采样期内总线为低电平则为0。对于读数据操作时序也分为读对于读数据操作时序也分为读0时序和读时序和读1时序两个过程。读时隙是从主机把单总线拉时序两个过程。读时隙是从主机把单总线拉低之后，在低之后，在1微秒之后就得释放单总线为高电平，以让微秒之后就得释放单总线

16、为高电平，以让DS18B20把数据传输到单总把数据传输到单总线上。线上。DS18B20在检测到总线被拉低在检测到总线被拉低1微秒后，便开始送出数据，若是要送出微秒后，便开始送出数据，若是要送出0就就把总线拉为低电平直到读周期结束。若要送出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。主机在一开则释放总线为高电平。主机在一开始拉低总线始拉低总线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微秒在内的微秒在内的15微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

17、0。采样期内。采样期内总线为高电平则确认为总线为高电平则确认为1。完成一个读时序过程，至少需要。完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成才能完成DS18B20 单线通信功能是分时完成的，他有严格的时单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，如果出现序列混乱，隙概念，如果出现序列混乱，1-WIRE 器件将不响应器件将不响应主机，因此读写时序很重要。系统对主机，因此读写时序很重要。系统对 DS18B20 的各种的各种操作必须按协议进行。根据操作必须按协议进行。根据 DS18B20 的协议规定，微的协议规定，微控制器控制控制器控制 DS18B20 完成温度的转换必须经过以下完成温度的转换必须

18、经过以下 4 个步骤个步骤：（）每次读写前对（）每次读写前对 DS18B20 进行复位初始化。复位进行复位初始化。复位要求主要求主 CPU 将数据线将数据线下拉下拉 500us，然后释放，然后释放，DS18B20 收到信号后等待收到信号后等待 16us60us 左右，然后发出左右，然后发出 60us240us 的存在低脉冲，主的存在低脉冲，主 CPU 收到此信号后表收到此信号后表示复位成功。示复位成功。（）发送一条（）发送一条 ROM 指令指令1.读ROM该命令仅适用于总线上只有一个从机设备。他允许主机直接读出从机的64位ROM代码，而无须执行搜索ROM过程。如果该命令用于多节点系统，由于每个

19、从机设备都会响应该命令，因此将会发生数据冲突。2.ROM匹配此命令跟随64位ROM代码，从而允许主机访问多节点系统中某个指定的从机设备。仅当从机完全匹配64位ROM代码时，才会响应主机随后发出的功能命令。其他设备将处于等待复位脉冲状态。3.跳过ROM主机能够采用该命令同时访问总线上的所有从机设备，而无须发出任何ROM代码信息。例如，主机通过在发出跳过ROM命令后跟随转换温度命令（44H），就可以同时命令总线上所有的DS18B20开始转换温度，这样大大节省了主机的时间。值得注意的是，如果跳过ROM命令跟随的是读暂存器（BEH）的命令，则该命令只能应用于单节点系统，否则由于多个节点都响应该命令而引

20、起数据冲突。4.搜索ROM当系统初始上电时，主机必须找出总线上所有从机设备的ROM代码，这样主机能够判断从机的数目和类型。主机通过重复执行搜索ROM循环，以找出总线上所有的从机设备。如果总线上只有一个从机设备，则可以采用读ROM命令来代替搜索ROM命令。每次执行完搜索ROM循环后，主机必须返回第一步（初始化）。5.报警搜索此命令的流程与搜索ROM命令相同。但是，仅在最近一次温度测量出现报警的情况下，DS18B20才对此命令作出响应。报警的条件定义为温度高于TH或低于TL。只要DS18B20一上电，报警条件就保持在设置状态，直到另一次温度测量显示出非报警值，或者改变TH或TL的设置，使得测量值再

21、一次位于允许的范围内。（）发送存储器指令（）发送存储器指令DS18B20 的存储器指令集的存储器指令集 1.读暂存器此命令用于读暂存存储器的内容。读出的数据从暂存存储器的字节0开始，直至第九个字节（字节8，CRC）被读出为止。如果不想读完所有字节，控制器可以再任何时间发出复位命令中止读取。暂存存储器的数据组织如表数据数据876543210含义CRC保留保留保留配置寄存器低温报警值高温报警值温度高位温度低位现在我们要做的是让现在我们要做的是让DS18B20进行一次温度的转换，那具体的操作就是：进行一次温度的转换，那具体的操作就是：1、主机先作个复位操作，、主机先作个复位操作，2、主机再写跳过、主

22、机再写跳过ROM的操作（的操作（CCH）命令，）命令，3、然后主机接着写个转换温度的操作命令，后面释放总线至少一秒，让、然后主机接着写个转换温度的操作命令，后面释放总线至少一秒，让DS18B20完成转换的操作。在这里要注意的是每个命令字节在写的时完成转换的操作。在这里要注意的是每个命令字节在写的时候都是低字节先写，例如候都是低字节先写，例如CCH的二进制为的二进制为11001100，在写到总线上，在写到总线上时要从低位开始写，写的顺序是时要从低位开始写，写的顺序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、零、零、壹、壹、零、零、壹、壹壹”。整个操作的总线状态如下图。整个操作的总线状态如下图。读取读取RAM

23、内的温度数据。同样，这个操作也要接照三个步骤。内的温度数据。同样，这个操作也要接照三个步骤。1、主机发出复位操作并接收、主机发出复位操作并接收DS18B20的应答（存在）脉冲。的应答（存在）脉冲。2、主机发出跳过对、主机发出跳过对ROM操作的命令（操作的命令（CCH）。）。3、主机发出读取、主机发出读取RAM的命令（的命令（BEH），随后主机依次读取），随后主机依次读取DS18B20发发出的从第出的从第0一第一第8，共九个字节的数据。如果只想读取温度数据，那在，共九个字节的数据。如果只想读取温度数据，那在读完第读完第0和第和第1个数据后就不再理会后面个数据后就不再理会后面DS18B20发出的数

24、据即可。同发出的数据即可。同样读取数据也是低位在前的。整个操作的总线状态如下图：样读取数据也是低位在前的。整个操作的总线状态如下图：在这里说明一下，第二步跳过对在这里说明一下，第二步跳过对ROM操作的命令是操作的命令是在总线上只有一个器件时，为节省时间而简化的操在总线上只有一个器件时，为节省时间而简化的操作，若总线上不止一个器件，那么跳过作，若总线上不止一个器件，那么跳过ROM操作命操作命令将会使几器件同时响应，这样就会出现数据冲突。令将会使几器件同时响应，这样就会出现数据冲突。初始化时序bit Init_DS18B20(void)bit flag;/储存储存DS18B20是否存在的标志，是否

25、存在的标志，flag=0，存在；，存在；flag=1，不存在，不存在 DQ=1;/先将数据线拉高先将数据线拉高 for(time=0;time2;time+);/略微延时约略微延时约6微秒微秒/再将数据线从高拉低，要求保持再将数据线从高拉低，要求保持480960usDQ=0;for(time=0;time200;time+);/略微延时约略微延时约600微秒微秒/以向以向DS18B20发出一持续发出一持续480960us的低电平复位脉冲的低电平复位脉冲 DQ=1;/释放数据线（将数据线拉高）释放数据线（将数据线拉高）for(time=0;time10;time+);/延时约延时约30us（释放

26、总线后需等待（释放总线后需等待1560us让让DS18B20输出输出存在脉冲）存在脉冲）flag=DQ;/让单片机检测是否输出了存在脉冲（让单片机检测是否输出了存在脉冲（DQ=0表示存在）表示存在）for(time=0;time200;time+);/延时足够长时间，等待存在脉冲输出完毕延时足够长时间，等待存在脉冲输出完毕return(flag);/返回检测成功标志返回检测成功标志 unsigned char ReadOneChar(void)unsigned char i=0;unsigned char dat;/储存读出的一个字节数据储存读出的一个字节数据for(i=0;i8;i+)DQ=

27、1;/先将数据线拉高先将数据线拉高 _nop_();/等待一个机器周期等待一个机器周期 DQ=0;/单片机从单片机从DS18B20读书据时读书据时,将数据线从高拉低即启动读时序将数据线从高拉低即启动读时序 _nop_();/等待一个机器周期等待一个机器周期 DQ=1;/将数据线将数据线人为人为拉高拉高,为单片机检测为单片机检测DS18B20的输出电平作准备的输出电平作准备 for(time=0;time=1;if(DQ=1)dat|=0 x80;/如果读到的数据是如果读到的数据是1，则将，则将1存入存入datelsedat|=0 x00;/如果读到的数据是如果读到的数据是0，则将，则将0存入存

28、入dat for(time=0;time8;time+);/延时延时3us,两个读时序之间必须有大于两个读时序之间必须有大于1us的恢复期的恢复期 return(dat);/返回读出的十六进制数据返回读出的十六进制数据unsigned char ReadOneChar(void)unsigned char i=0;unsigned char dat;/储存读出的一个字节数据储存读出的一个字节数据for(i=0;i8;i+)DQ=1;/先将数据线拉高先将数据线拉高 _nop_();/等待一个机器周期等待一个机器周期 DQ=0;/单片机从单片机从DS18B20读书据时读书据时,将数据线从高拉低即启

29、动读时序将数据线从高拉低即启动读时序 _nop_();/等待一个机器周期等待一个机器周期 DQ=1;/将数据线将数据线人为人为拉高拉高,为单片机检测为单片机检测DS18B20的输出电平作准备的输出电平作准备 for(time=0;time=1;if(DQ=1)dat|=0 x80;/如果读到的数据是如果读到的数据是1，则将，则将1存入存入datelsedat|=0 x00;/如果读到的数据是如果读到的数据是0，则将，则将0存入存入dat for(time=0;time8;time+);/延时延时3us,两个读时序之间必须有大于两个读时序之间必须有大于1us的恢复期的恢复期 return(dat

30、);/返回读出的十六进制数据返回读出的十六进制数据WriteOneChar(unsigned char dat)unsigned char i=0;for(i=0;i8;i+)DQ=1;/先将数据线拉高先将数据线拉高 _nop_();/等待一个机器周期等待一个机器周期 DQ=0;/将数据线从高拉低时即启动写时序将数据线从高拉低时即启动写时序 DQ=dat&0 x01;/利用与运算取出要写的某位二进制数据利用与运算取出要写的某位二进制数据,/并将其送到数据线上等待并将其送到数据线上等待DS18B20采样采样 for(time=0;time10;time+);/延时约延时约30us，DS18B20在拉低后的约在拉低后的约1560us期间从数据线上采样期间从数据线上采样 DQ=1;/释放数据线释放数据线 for(time=0;time=1;/将将dat中的各二进制位数据右移中的各二进制位数据右移1位位 for(time=0;time4;time+);/稍作延时稍作延时,给硬件一点反应时间给硬件一点反应时间