蓝桥杯单片机进阶学习部分（2）——DS18B20（温度传感器）

最新推荐文章于 2025-04-15 18:21:03 发布

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文章标签：单片机学习 51单片机

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一、前言

关于温度传感器这个部分，近几年蓝桥的比赛都出现

所以温度传感器是比较重要的考点，当然学会温度传感器的使用，在其他单片机的开发和应用中，我们也可以融会贯通。

二、DS18B20芯片手册

1、单总线（1-WIRE）

DS18B20使用严格的单总线通信协议来确保数据的完整性，这主要的几种信号类型：复位脉冲，存在脉冲，写入0，写入1，读取0，读取1。注意：除了存在脉冲，其他信号都是通过主控制器启动信号。

（1）初始化过程-复位和存在脉冲

复位和存在脉冲与DS18B20的所有通信都始于由复位脉冲组成的初始化序列从主机接收到DS18B20发出的存在脉冲。

在初始化序列期间，总线主机通过拉动单总线传输(TX)复位脉冲低电压至少480µs。然后总线主机释放总线并进入接收模式(RX)。当总线被释放时，5kΩ上拉电阻将1线总线拉高。当DS18B20检测到对于上升沿，它等待15µs到60µs，然后通过将单总线拉低来传输存在脉冲60µs至240µs。

（2）“读”和“写”的不同

总线主机在写入时隙期间将数据写入DS18B20，并从DS18B20读取数据在读取时隙期间。每个时隙在单总线上传输一位数据

写入时隙

有两种写时隙:“写1”时隙和“写0”时隙。总线主机使用写1时隙向DS18B20写入逻辑1，使用写0时隙向DS18B20写入逻辑0。

DS18B20芯片所有写时隙的持续时间必须至少为60µs，恢复时间必须至少为1µs。
为了生成写1时隙，在将单总线拉低后，总线主机必须释放1线总线在15µs内。当母线被释放时，5kΩ上拉电阻将把母线拉高。生成写0时隙，在单总线拉低后，总线主机必须继续保持总线低电平
时隙持续时间(至少60µs)。

DS18B20在主控后15µs到60µs的窗口期间对单总线进行采样初始化写时隙。如果在采样窗口期间总线高，则向DS18B20写入1。如果线路低，则向DS18B20写入0。

读取时隙

DS18B20只有在主机发出读时隙时才能向主机传输数据。

因此,必须在发出read Scratchpad [BEh]或read Power后立即生成读时隙供应[B4h]命令，以便DS18B20可以提供所请求的数据。另外，可以发出Convert T [44h]或Recall E2 [B8h]命令查询状态后生成读时隙在DS18B20功能命令一节中解释的操作。

所有读时隙的持续时间必须至少为60µs，恢复时间必须至少为1µs槽之间。一个读时隙是由主设备将单总线拉低A发起的最小1µs，然后释放总线。

当主机启动读时隙后，DS18B20将开始在总线上传输1或0。DS18B20通过使总线保持高电平来传输1并通过拉低总线传输一个0。当发送0时，DS18B20将释放总线时隙结束时，母线将被上拉电阻拉回其高空闲状态。输出来自DS18B20的数据在开始读取时隙的下降沿后15µs有效。

因此,主机必须释放总线，然后在从插槽开始的15µs内采样总线状态。对于一个读时隙，TINIT、TRC和TSAMPLE的总和必须小于15µs。

2、原理图

DQ引脚:数据引脚,通过此引脚与传感器进行通信。DS18B20采用了一线制数字接口,通过这一引脚同时传输数据和提供电源,简化了连接。

DS18B20内部有一个低温度系数晶振和一个高温度系数晶振。低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生一个固定频率的脉冲信号，这个信号被送往计数器1。而高温度系数晶振的振荡频率会随温度变化而明显改变，其产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，然后计数器1的预置值重新被装入，并重新开始计数。这个过程一直持续到计数器2计数到0时停止，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。

三、DS18B20配置

1、DS18B20复位（操作开始）

2、写入字节0xCC(跳过ROM指令)

3、写入字节0x44(开始温度转换)

4、延时700ms~900ms（给与足够的时间进行温度转换）

5、DS18B20复位

6、写入字节0xCC（跳过ROM指令）

7、写入字节0xBE（读取高速暂存器）

8、读取暂存器的第0字节，即温度数据的LSB（温度数据低八位）

9、读取暂存器的第1字节，即温度数据的MSB（温度数据高八位）

10、DS18B20复位，表示读取数据结束

11、将LSB和MSB整合成一个16位数据

12、判断读取结果的符号，进行正负温度的数据处理

DS18B20以16位带符号扩展的二进制补码形式读出

补充：

正数的补码就是这个正数本身（+1111 0000的补码就是1111 0000）

负数补码需要取反加一（-1000 0000的补码就是0111 1111 + 1 = 1000 0000）

在16数据中，低4位为小数部分，中间7位为整数部分，高5位为符号位

高五位全部是1，表示负数（负温度）

高五位全部是0，表示正数（正温度）

当读出的数据为正温度时，LSB和MSB整合的16位整数直接乘以分辨率。

（LSB+MSB）* 分辨率

当读出的数据为负温度时，LSB和MSB整合的16位整数取反+1后，再乘以分辨率。

（~（LSB+MSB + 1））* 分辨率

unsigned int Read_DS18B20_Temp()
{
	unsigned char LSB,MSB;                //定义温度高八位和低八位参数
	unsigned int Temp;                    //温度int型参数
	init_ds18b20();                       //DS18B20复位
	Write_DS18B20(0xcc);                  //跳过ROM指令
	Write_DS18B20(0x44);                  //开始温度转换
	init_ds18b20();                       //DS18B20复位
	Write_DS18B20(0xcc);                  //跳过ROM指令
	Write_DS18B20(0xbe);                  //读取高速暂存器
	
	LSB = Read_DS18B20();                 //读取暂存器，记录LSB
	MSB = Read_DS18B20();                 //读取暂存器，记录MSB
	
	Temp = (MSB << 8) | LSB;              //进行温度整合

    //判断获取的Temp是正温度还是负温度
	if((Temp & 0xf800) == 0x0000)         //(Temp & 0xf800) == 0x0000表示正数
	{
		Temp = (Temp + (LSB & 0x0f)) * 0.625;
	}
	return Temp;
}

在温度整合这里，我们使用Temp = (MSB << 8) | LSB;

高八位MSB先右移8位，空出8个位置，在或上低八位LSB，合并成16位数据。

例如：MSB = 0x08，LSB = 0x18
MSB右移8位 = 0x0800
| 低八位LSB = 0x0818，因为任何数 | 0 = 任何数

对于温度数据是int类型及小数和整数部分组成的，运算的时候会出现很多浮点数，在数码管上面很难显示出来。

所以我们先把温度数据右移4位，把小数移出。

Temp = Temp >> 4;

在整数部分先乘10。

Temp = Temp * 10;

最后在进行整数+小数整合。

Temp = Temp + (LSB & 0x0f) * 0.625;

(LSB & 0x0f)为提取LSB低四位，小数部分 0.625为分辨率。