普中51单片机：DS18B20温度传感器操作指南（十三）

引言

DS18B20是一款单总线接口的数字温度传感器，仅需一个IO口即可实现数据通信。这里只对如何简单操作开发板的DS1802进行讲解，关于DS18B20温度传感器的详细操作原理，可参考此博客：DS18B20数字温度传感器操作解析。

电路图

下图显示了DS18B20的电路连接。数据总线通过J14排针引出，并连接到所选的IO口。数据总线上需要一个上拉电阻以确保稳定的通信。

引脚讲解

DS18B20传感器通常采用TO-92封装或PDIP封装，具有以下三个主要引脚：

• VDD - 电源正极，为传感器提供工作电压。
• GND - 电源负极，接地。
• DQ - 数据引脚，用于与微控制器或计算机进行数据通信。

引脚详解

1. VDD: 连接到传感器的工作电压，通常为3.3V或5V。确保不要超过传感器的最大工作电压，以避免损坏。
2. GND: 连接到电路的地线，确保传感器的稳定工作。
3. DQ: 是一个开漏输出引脚，需要通过上拉电阻连接到VDD。这个引脚负责与主控制器进行通信，支持1-Wire通信协议。

初始化时序

初始化过程从主机发送复位脉冲开始。主机将总线拉低至少480微秒（us），通常是500us，以确保所有从设备都能检测到复位信号。复位脉冲后，总线需保持高电平15-60微秒，等待从设备响应。

从设备通过发送存在脉冲来响应，表示它们已经检测到复位信号，并将总线拉低60-240微秒。表明它已检测到复位信号。之后将电平拉高。

sbit DS18B20_DQ = P3^7;

unsigned char DS18B20_Init()
{
	
	unsigned char i;
	unsigned char ackBit;

	DS18B20_DQ = 1;
	DS18B20_DQ = 0;
	i = 247;
	while (--i);	 //延时500us
	DS18B20_DQ = 1;
	i = 32;
	while (--i);
	ackBit = DS18B20_DQ;
	i = 247;
	while (--i);	 //延时500us
	return ackBit;
}
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写时序

写时序包括主机发送数据位“0”或“1”到从设备。每个位的写入时序稍有不同。每次写入一个数据位都需要初始化一个写周期。主机将总线拉低至少1微秒（通常是1-15微秒），然后释放总线，这是初始化写周期。

写0时序：

• 主机将总线拉低至少60微秒（通常是60-120微秒），然后释放总线。

写1时序：

• 主机将总线拉低至少1微秒（通常是1-15微秒），然后在剩余时间内保持高电平（释放总线）。

写入一个字节（8位）需要重复上述写0和写1时序八次。写入顺序为低位在前（LSB first）。

1. 开始写入字节：初始化第一个写周期。
2. 写入每个位：根据数据位的值，执行写0或写1时序。
3. 结束写入字节：完成8个位的写入后，字节写入结束。

假设我们要写入字节0x5A（01011010）。

• 写入0位：主机将总线拉低至少60微秒，释放总线。
• 写入1位：主机将总线拉低至少1微秒，释放总线。
• 写入0位：重复写0时序。
• 写入1位：重复写1时序。
• 写入1位：重复写1时序。
• 写入0位：重复写0时序。
• 写入1位：重复写1时序。
• 写入0位：重复写0时序。

//发送一位
void ds18b20_write_bit(unsigned char bits)
{ 
	unsigned char i;
	DS18B20_DQ = 0;
	i = 4;
	while (--i); //延时10us
	DS18B20_DQ = bits;
	i = 24;
	while (--i); //延时50us
	DS18B20_DQ = 1;
}

//发送字节
void ds18b20_write_byte(unsigned char byte)
{
	unsigned char i;
	for(i = 0;i<8;i++)
	{
		ds18b20_write_bit(byte & 0x01<<i);//先发送低位
	}
}
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读时序

每次读取一个数据位都需要初始化一个读周期。初始化读周期期间需要主机将总线拉低至少1微秒（通常是1-15微秒），然后释放总线。之后读取数据位，主机在读周期内读取从设备发送的数据位。需要主机将总线拉低至少1微秒（通常是1-15微秒）。然后释放总线，主机释放总线，并在15微秒内读取总线状态。读取数据位期间如果总线保持低电平，读取到的数据位为0；如果总线拉高，读取到的数据位为1。要读取一个字节（8位），需要重复上述读取数据位的过程八次，按低位在前（LSB first）的顺序读取。

假设我们要读取一个字节的数据，具体步骤如下：

1. 初始化读周期：主机将总线拉低至少1微秒，然后释放总线。
2. 读取每个位：在读周期内，主机读取从设备发送的每个位数据。
3. 完成字节读取：重复上述步骤八次，读取一个完整的字节。

//接收一位
unsigned char ds18b20_read_bit()
{ 
	unsigned char i;
	unsigned char bits;
	DS18B20_DQ = 0;
	i = 2;
	while (--i); //延时5us
	DS18B20_DQ = 1;
	i = 2;
	while (--i); //延时5us
	bits = DS18B20_DQ;
	i = 24;
	while (--i); //延时50us
	return bits;
}

unsigned char ds18b20_read_byte()
{
	unsigned char i;
	unsigned char byte = 0x00;
	for(i = 0;i<8;i++)
	{
		if(ds18b20_read_bit())
		{
			byte |= 0x01<<i;	
		}
	}
	return byte;	
}
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温度变换

DS18B20温度传感器的温度转换功能允许用户读取精确的温度数据。为了实现温度转换，必须遵循特定的时序和命令流程。

温度转换流程包括以下几个主要步骤：

1. 发送初始化命令：主机需要发送初始化命令来复位总线并检测从设备的存在。
2. 跳过ROM命令：向总线上的所有设备广播命令。所有设备都会响应接下来的命令。
3. 发送启动温度转换命令：0x44用于启动温度转换（Convert T）

//转换温度
void ds18b20_ConvertT()
{
	DS18B20_Init();
	ds18b20_write_byte(0xCC);
	ds18b20_write_byte(0x44);
}
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温度读取

读取DS18B20温度传感器的数据是一个包括命令发送和数据处理的过程。

温度读取过程包括以下几个主要步骤：

1. 发送初始化命令：主机需要发送初始化命令来复位总线并检测从设备的存在。
2. 跳过ROM命令：向总线上的所有设备广播命令。所有设备都会响应接下来的命令。
3. 发送读暂存器命令：用于从DS18B20传感器的暂存器中读取温度数据、报警阈值和配置寄存器信息。

先读取低位，后读取高位，温度数据是16位带符号的二进制数，最低位代表$2^{-4}$摄氏度（即0.0625摄氏度）

//读取温度
float ds18b20_ReadT()
{
	unsigned char byteL;
	unsigned char byteH;
	int temp;
	float T;
	DS18B20_Init();
	ds18b20_write_byte(0xCC);
	ds18b20_write_byte(0xBE);
	byteL = ds18b20_read_byte();//低字节
	byteH = ds18b20_read_byte();//高字节
	temp = (byteH << 8) | byteL;
	T = temp / 16.0;
	return T;
}
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完整代码

LCD1602液晶显示屏实时获取温度变化

#include <REGX52.H>
#include <LCD1602.H>
#include "stdio.h"
sbit DS18B20_DQ = P3^7;

unsigned char DS18B20_Init()
{
	unsigned char i;
	unsigned char ackBit;

	DS18B20_DQ = 1;
	DS18B20_DQ = 0;
	i = 247;
	while (--i);	 //延时500us
	DS18B20_DQ = 1;
	i = 32;
	while (--i);
	ackBit = DS18B20_DQ;
	i = 247;
	while (--i);	 //延时500us
	return ackBit;
}

//发送一位
void ds18b20_write_bit(unsigned char bits)
{ 
	unsigned char i;
	DS18B20_DQ = 0;
	i = 4;
	while (--i); //延时10us
	DS18B20_DQ = bits;
	i = 24;
	while (--i); //延时50us
	DS18B20_DQ = 1;
}

//接收一位
unsigned char ds18b20_read_bit()
{ 
	unsigned char i;
	unsigned char bits;
	DS18B20_DQ = 0;
	i = 2;
	while (--i); //延时5us
	DS18B20_DQ = 1;
	i = 2;
	while (--i); //延时5us
	bits = DS18B20_DQ;
	i = 24;
	while (--i); //延时50us
	return bits;
}

//发送字节
void ds18b20_write_byte(unsigned char byte)
{
	unsigned char i;
	for(i = 0;i<8;i++)
	{
		ds18b20_write_bit(byte & 0x01<<i);//先发送低位
	}
}

unsigned char ds18b20_read_byte()
{
	unsigned char i;
	unsigned char byte = 0x00;
	for(i = 0;i<8;i++)
	{
		if(ds18b20_read_bit())
		{
			byte |= 0x01<<i;	
		}
	}
	return byte;	
}

//转换温度
void ds18b20_ConvertT()
{
	DS18B20_Init();
	ds18b20_write_byte(0xCC);
	ds18b20_write_byte(0x44);
}

//读取温度
float ds18b20_ReadT()
{
	unsigned char byteL;
	unsigned char byteH;
	int temp;
	float T;
	DS18B20_Init();
	ds18b20_write_byte(0xCC);
	ds18b20_write_byte(0xBE);
	byteL = ds18b20_read_byte();//低字节
	byteH = ds18b20_read_byte();//高字节
	temp = (byteH << 8) | byteL;
	T = temp / 16.0;
	return T;
}

unsigned char ack = 1;

float g_T;

void main()
{
	char temp_buff[50];
	LCD_Init();
	LCD_ShowString(1,1,"helloworld");
	ack = DS18B20_Init();
	LCD_ShowNum(2,1,ack,3);
	while(1)
	{
		ds18b20_ConvertT();
		g_T = ds18b20_ReadT();
		if(g_T<0)
		{
			//负数
			LCD_ShowChar(2,1,'-');
			g_T = -g_T;
		}
		else
		{
			LCD_ShowChar(2,1,'+');
		}
	    // 使用 sprintf 将浮点数转换为字符串
	    sprintf(temp_buff, "%.3f", g_T);
		LCD_ShowString(2,2,temp_buff);
	}
}
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