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一、DS18B20

1. DS18B20简介

DS18B20是一种常见的数字温度传感器，其控制命令和数据都是以数字信号的方式输入输出，相比较于模拟温度传感器，具有功能强大、硬件简单、易扩展、抗干扰性强等特点

• 测温范围：-55°C 到 +125°C
• 通信接口：1-Wire（单总线）
• 其它特征：可形成总线结构、内置温度报警功能、可寄生供电

2. 电路原理图

其中1和3号引脚分别连接

GND

VCC

即：

3. 内部结构

内部完整结构框图

• 64-BIT ROM：作为器件地址，用于总线通信的寻址
• SCRATCHPAD（暂存器）：用于总线的数据交互
• EEPROM：用于保存温度触发阈值和配置参数

其中配置寄存器可以配置温度变化的精度值。

存储器结构

当我们希望修改EEPROM中存储的内容时，我们需要先将数据写入到暂存器中，然后再发送一条指令使从机将暂存器中的数据写入到EEPROM中。

二、单总线（1-Wire BUS）

由于DS18B20使用的通信接口是1-Wire，因此我们需要学习1-Wire相关的通信协议，这样才能使单片机和它进行通信。

1. 单总线简介

单总线（1-Wire BUS）是由

Dallas

• 一根通信线：DQ
• 异步、半双工
• 单总线只需要一根通信线即可实现数据的双向传输，当采用寄生供电时，还可以省去设备的VDD线路，此时，供电加通信只需要DQ和GND两根线

2. 电路规范

• 设备的DQ均要配置成开漏输出模式
• DQ添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右
• 若此总线的从机采取寄生供电，则主机还应配一个强上拉输出电路

3. 单总线的时序结构

① 初始化：

• 主机将总线拉低至少480us
• 然后释放总线，等待15~60us
• 存在的从机拉低总线60~240us以响应主机
• 最后从机将释放总线

对应的信号时序图：

② 发送一位：

• 主机将总线拉低60~120us，然后释放总线，表示发送0；
• 主机将总线拉低1~15us，然后释放总线，表示发送1。
• 从机将在总线拉低30us后（典型值）读取电平，整个时间片应大于60us

对应的信号时序图：

③ 接收一位：

• 主机将总线拉低1~15us，然后释放总线
• 然后主机在拉低后15us内读取总线电平（尽量贴近15us的末尾）
• 读取为低电平则为接收0，读取为高电平则为接收1 ，整个时间片应大于60us

对应的信号时序图：

④ 发送一个byte和接收一个byte：

这个过程和使用I2C发送和接收一个字节的数据的过程类似，都是重复发送一位或接受一位8次即可发送或接受一个byte的数据了：

4. DS18B20操作流程

• 初始化：从机复位，主机判断从机是否响应
• ROM操作：ROM指令+本指令需要的读写操作
• 功能操作：功能指令+本指令需要的读写操作

对应的ROM操作和功能操作的指令如下：

各个功能指令的作用：

1. CONVERT T：使用温度传感器更新温度值
2. WRITE SCRATCHPAD：将各个EEPROM中的值写入到暂存器中
3. READ SCRATCHPAD：读取暂存器中的值
4. COPY SCRATCHPAD：将暂存器中的内容复制到EEPROM中
5. RECALL E2：将EEPROM中的内容复制到暂存器中
6. READ POWER SUPPLY：读取设备的供电模式【独立供电|寄生供电】

5. DS18B20数据帧

① 温度变换：初始化→跳过ROM →开始温度变换

② 温度读取：初始化→跳过ROM →读暂存器→连续的读操作

6. 温度的存储格式

里面的温度是使用补码形式存储的，具体的例子如下：

三、编码实现

1. 单总线部分

我们将这部分编写到

OneWire

首先是DQ引脚，根据电路原理图我们可以知道他对应的是芯片的

P37

sbit OneWire_DQ = P3 ^ 7;

① 初始化：

unsigned char OneWire_Init() {
unsigned char i;
unsigned char Ack;
EA=0;
{
OneWire_DQ = 1;
OneWire_DQ = 0;         // 拉低
i = 227; while (--i);   // delay 500μs
OneWire_DQ = 1;         // 释放

i = 29; while (--i);    // delay 70μs，等待从机将电平拉低
// 获取从机应答
Ack = OneWire_DQ;
i = 227; while (--i);   // delay 500μs 等待时序走完
}
EA=1;
// 将从机应答返回，0表示有应答，1表示无应答
return Ack;
}

可以发现，我们的代码中出现了

EA=0;

EA=1;

例如当前运行到delay 70μs的位置，此时来了一个中断信号，当运行完中断程序回来的时候，可能就已经延时了10ms了，这对单总线通信的影响是致命的，故我们在使用单总线发送或接受信号时都需要先关闭中断。

tips：其中的延时代码都是使用stc-isp软件进行生成的，在生成代码时需要注意晶振和8051指令集的选择：

② 发送一位：

void OneWire_SendBit(unsigned char Bit) {
unsigned char i;
EA=0;
{
OneWire_DQ = 0;         // 拉低
i = 3; while (--i);     // delay 10μs
// 若为1则释放总线，代表发送1；若为0一直为低电平，代表发送0
OneWire_DQ = Bit;
i = 22; while (--i);    // delay 50μs
OneWire_DQ = 1;         // 最后释放总线
}
EA=1;
}

③ 接收一位：

unsigned char OneWire_ReceiveBit() {
unsigned char i;
unsigned char Bit;
EA=0;
{
OneWire_DQ = 0;         // 拉低
i = 1; while (--i);     // delay 5μs
OneWire_DQ = 1;         // 释放
i = 1; while (--i);     // delay 5μs
Bit = OneWire_DQ;       // 采样
i = 22; while (--i);    // delay 50μs
}
EA=1;
return Bit;
}

④ 发送一个byte和接收一个byte：

void OneWire_SendByte(unsigned char byte) {
unsigned char i;
for(i = 0; i < 8; i++) {
OneWire_SendBit(byte & (0x01 << i));
}
}

unsigned char OneWire_ReceiveByte() {
unsigned char i;
unsigned char byte = 0x00;
for(i = 0; i < 8; i++) {
if(OneWire_ReceiveBit()) {
byte |= (0x01 << i);
}
}
return byte;
}

2. DS18B20模块

首先我们把需要的命令和依赖的模块（OneWire模块）添加进来：

#include "OneWire.h"

#define DS18B20_SKIP_ROM 0xCC
#define DS18B20_CONVERT_T 0x44
#define DS18B20_READ_SCRATCHPAD 0xBE

① 温度转换：

void DS18B20_ConvertT() {
OneWire_Init();
OneWire_SendByte(DS18B20_SKIP_ROM);
OneWire_SendByte(DS18B20_CONVERT_T);
}

② 温度读取：

float DS18B20_ReadT() {
unsigned char TLSB, THSB;
int Temp;
float T;
OneWire_Init();
OneWire_SendByte(DS18B20_SKIP_ROM);
OneWire_SendByte(DS18B20_READ_SCRATCHPAD);

TLSB = OneWire_ReceiveByte();  // 接收低八位
THSB = OneWire_ReceiveByte();  // 接收高八位
Temp = (THSB << 8) | TLSB;
T = Temp / 16.0;  // 转换成float类型
return T;
}

3. main.c部分

void main() {
float T, TShow;
LCD_Init();
DS18B20_ConvertT();
Delay(1000);

while (1) {
DS18B20_ConvertT();    // 温度转换
T = DS18B20_ReadT();   // 读取温度
// 显示符号位
if (T < 0) {
LCD_ShowString(2, 0, "-");
TShow = -T;
} else {
LCD_ShowString(2, 0, "+");
TShow = T;
}
LCD_ShowNum(2, 2, TShow, 3);  // 整数部分
LCD_ShowString(2, 5, ".");    // 小数点
LCD_ShowNum(2, 6, (unsigned long) (TShow * 10) % 10, 1); // 小数部分，一位小数
}
}

这样我们就可以实时地展示温度了。

Delay(1000);