基于OneWire通讯协议驱动DS18B20温度传感器笔记

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#单片机 #嵌入式硬件

本文详细介绍了DS18B20温度传感器的工作原理及应用，涵盖单总线通讯协议、温度转换指令、读取存储器指令等内容，并提供了具体的代码实现。

前言

 这一次来介绍开发板上板载的温度传感器DS18B20，所使用的封装为左边这款三线的（两根电源线一根信号线）资料基于芯片手册以及普中51单片机A2开发板攻略

OneWire

硬件构成

单总线系统只有一条信号线，因此每一个总线上的器件必须是漏极开路或者三态输出（0、1、高阻态）

漏极&三态

首先先来复习一下模电----MOS管

 漏极开漏电路如下

 这是一个集成了二极管的MOS管，源极连接二极管

当二极管导通时，MOS管漏极接地

此时若MOS管导通，则输出口被拉至低电平0，当MOS管断开，输出口被上拉电阻拉至高电平1

当二极管断开时，MOS管漏极不接，此时输出口不受输入电路控制，呈现高阻态

OneWire电路

 单总线的空闲状态为高电平，总线如果需要暂停某一执行过程时，如果想要恢复执行，总线必须停留在空闲状态，单总线处在高电平下时间可以无线长，但当总线停留在低电平超过480us时，总线上所有的器件都将被复位

时序逻辑

OneWire单总线大致包括以下几种时序：初始化时序、写（0 和 1）时序、 读（0 和 1）时序， DS18B20 发送所有的命令和数据都是字节的低位在前，下面我们来依次介绍一下

初始化时序

总线上的所有通讯均从初始化序列开始，和前面提到的一样，主机持续输出低电平使总线保持低电平在（480us-960us），这样可以产生一个复位脉冲

之后主机释放总线，总线被拉高置高电平15-60us以进入接收

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one wire 1-Wire 单总线协议解析 - 简单易懂协议详解
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02-19 2万+
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爆改串口实现OneWire驱动DS18B20
luliplus的博客
04-17 7441
OneWire简介 由美信（Maxim）开发 OneWire是一种单总线通信接口，一根双向数据线，还有一根共同电压参考地线。 低速(15kbps)，串行半双工通信 可以支持100米长距离通信 单主多从总线结构，最多支持63个从机挂接在同一个总线上。 总是由主机发起通信过程，从机是被动参与通信。 每个字节数据传输时，位按照LSB顺序 每个OneWire从机都有一个出厂就设定好的，固化在ROM中的不可更改的64位器件唯一ID。 主机和从机的数据线驱动引脚都要配置为开漏输出模式。总线通过一个外部
【协议篇】OneWire
qq_60737213的博客
09-09 850
本文详细分析了单总线(1-Wire)协议及其在DS18B20温度传感器中的应用。单总线技术采用单根信号线完成数据传输，其通信协议包括初始化序列（复位脉冲和应答脉冲）以及严格的读写时序规范。在DS18B20温度读取过程中，通过初始化单总线、发送跳过ROM指令（0xCC）和读取暂存器指令（0xBE），接收并合并温度数据高低字节，最终转换为实际温度值。该研究为单总线传感器的应用提供了具体的技术参考，清晰地展示了单总线协议的工作原理与实现方法。
One Wire协议应用篇（c语言板）
weixin_66634995的博客
12-22 1209
利用DS18B20实时检测温度并显示在LCD1602显示屏上，同时可以通过K1,K2,K3,K4设置最高温度和最低温度利用AT24C02可以实现掉电不丢失，最后当检测温度大于或小于最高温时，会在LCD1602显示屏上显示OV:H或OV:L。
1-Wire（单总线）通信协议详解------DS18B20温度传感器驱动-------附代码详解
qq_67808371的博客
11-18 7166
1.单总线（1-Wire BUS）是由Dallas公司开发的一种通用数据总线DQ3.异步（没有时钟线）、半双工（接收和发送不能同时进行）4.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。
再学通信协议---（One-Wire协议，以读取DS18B20数据为例）
wallwayj的博客
10-24 3520
即单线总线，又叫单总线。是由Dallas Semiconductor（现属于Maxim Integrated）开发的数据通信协议。2、它因仅需一根数据线（加上一条地线）即可实现数据通信而得名。3、它是一种半双工的通信机制，意味着数据可以在两个方向上传输，但在同一时间内只能进行单向传输。4、所有数据都在一条线上传输，因此单总线协议对时序要求非常严格以确保数据的完整性。5、One-Wire协议虽然在硬件上较为简单，但在软件实现上可能较为复杂，需要精确控制数据线的时序。
51单片机学习笔记DS18B20温度传感器
m0_59664694的博客
07-05 507
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。电时，还可以省去设备的VDD线路，此时，供电加通信只需要DQ。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。
DS18b20温度传感器
04-12
DS18B20是一款由Dallas Semiconductor（现Maxim Integrated）生产的数字...通过深入学习DS18B20温度传感器，不仅可以掌握传感器的工作原理，还能熟悉1-Wire通信协议，为开发更多基于物联网的温度监控系统打下坚实基础。
DS18B20-VHDL-ONEWIRE-master_made_FPGAVHDL_vhdl_ds18b20_
10-01
ONEWIRE-master_made_FPGAVHDL_vhdl_ds18b20_”揭示了我们正在处理一个与FPGA（Field-Programmable Gate Array）相关的项目，这个项目是用VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language...
AutoLeaders控制组——51单片机学习笔记（DS18B20温度传感器、LCD1602、直流电机+PWM）
draw_future_TL的博客
12-01 5134
本篇内容是观看B站江科大自化协UP主的教学视频所做的笔记，对其中内容有所引用，并结合自己的单片机板块进行了更改调整。 以下笔记内容以一个视频为一个片段（内容较多，可能不适合速食，望见谅） 一些内容涉及前面的知识点，可能需要提前了解（可以翻看本人之前的文章或者去B站看UP主的视频）
解析单总线协议（1-wire）
优快云博客
12-09 5430
onewire(单总线)是DALLAS公司推出的外围串行扩展总线，传输时钟信号又传输数据，而且能够进行双向通信，具有节省I/O口线、资源结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等诸多优点。常用到单总线的器件，一般是稳定传感器，如DS18B20、DS2431、DHT11。 解析单总线协议（1-wire） 一、单总线协议（1-wire） 1.定义：主机和从机通过1根线进行通信，...
1-Wire温度传感器的快速编程
10-22
一般来说，总线数越少，连接就越简单，因而串行总线嵌入式元件在许多应用场合颇受欢迎。但正因为只有1根线，该类元件的编程要紧扣硬件和时钟，难度大于I2C总线和SPI总线。本文以数字温度传感器DSl8B20为例，介绍一种实用和简单的编程方案。
avr-onewire:适用于ATTiny85微控制器的1-Wire协议库
05-05
AVR ATTiny85 OneWire协议库 该库在AVR ATTiny85微控制器上实现了Maxim 1-Wire协议（请参见 ）。 作为1-Wire的软件实现，它的独特或至少是新颖的，因为严格的定时要求是通过板载定时器器件实现的。 这是1-Wire的非常精确的实现。 该软件包是Nick Andrew 的工作，与Maxim Integrated或Atmel不相关。 所有代码均已获得GNU通用公共许可证版本3的许可。 用法 使用了两个GPIO引脚，一个用于1-Wire协议，另一个用于实现强上拉（为无源受电设备供电）。 这些引脚在编译时设置。 1-Wire引脚默认为PORTB4，强上拉引脚默认为PORTB1。 目前仅支持8 MHz的CPU频率。 由于CPU速度不够快，因此不支持过载。 有关典型用法，请参见test-harness.c 。 Maxim集成的应用笔记对1-Wire协
lwow:轻量级的onewire协议库，针对嵌入式系统上的UART硬件进行了优化
05-15
轻量级的onewire库 LwOW是面向嵌入式系统的Onewire协议的轻量级，平台无关的库。 它的主要重点是用于传感器和其他从机物理通信的UART硬件。 有关UART上1-Wire的更多信息，请参见下面的链接。 首先阅读： 特征 用ANSI C99编写 与平台无关，使用自定义的低层设备驱动程序 1-Wire协议符合9600和115200 9600 UART规范 硬件负责计时特性允许在高性能微控制器上使用DMA 包括不同的设备驱动程序DS18x20温度传感器本身受支持 由于硬件定时管理，因此可以与操作系统一起使用提供单独的线程安全API 用于设备扫描，读取和写入单个位的API 用户友好的MIT许可证 贡献 始终欢迎新的贡献。 进行的简单说明：： Fork Github存储库 尊重库使用的 创建拉取请求以开发具有新功能或错误修复的分支 或者，您可以： 报告错误 要求功能要求
带485串口通信的温度传感器程序
08-07
功能：带485串口通信的温度传感器程序 主机指令（ASCII码 4位）： @18！（从机的地址） 从机返回数据（ASCII码 11位）：{DP SIGN D6 D5 D4 D3 D2 D1 UNIT}
单总线（onewire）技术及应用
10-09
介绍了onewire的基本原理及其应用,希望对大家有帮助。
【51单片机入门记录】Onewire单总线协议 温度传感器DS18B20概述
La_gloire的博客
03-29 2555
大一入门蓝桥杯/51单片机记录
单总线one-Wire
小菜鸟的博客
12-05 1920
One-Wire总线是DALLAS公司研制开发的一种协议。
蓝桥杯电子类单片机学习二——DS18B20温度传感器（onewire驱动）
qq_73427280的博客
02-01 2875
现在完成以下功能： 本期主要实现以下功能： 1.数码管前两位显示当前读取到的温度值
设计一个智能温控风扇使用DS18B20温度传感器检测环境温度 使用LCD1602显示当前温度和设定的阈值（上下限） 使用AT24C02存储通过按键设置的上下限阈值（掉电保存） 温度高于最低阈值时启动风扇，高于上限阈值时蜂鸣器报警
最新发布
09-11
<think> 首先，用户的问题是基于提供的引用设计一个智能温控风扇系统。系统必须包括： - DS18B20温度传感器：检测环境温度。 - LCD1602：显示当前温度和设定的上下限阈值。 - AT24C02：存储通过按键设置的上下限阈值，实现掉电保存。 - 功能：当温度高于下限阈值时启动风扇；当温度高于上限阈值时，蜂鸣器报警。 用户引用了几个来源： - Ref 1：描述了按键控制温度上限，存储在AT24C02中。 - Ref 2：提到了多个DS18B20和温度调节系统，包括云端上传和PID调节，但用户没做。 - Ref 3：DS18B20的特性，如测温范围-55°C到+125°C，1-Wire通信等。 - Ref 4：DS18B20的代码示例，包括转换温度和读取温度值的函数。 - Ref 5：PWM控制风扇的笔记，讨论了PWM频率设置。 我需要构建一个清晰的回答，结构清晰，逐步解决问题。回答必须使用中文。 关键组件： 1. **硬件组件**： - 微控制器：假设是51单片机（基于引用）。 - DS18B20：温度传感器。 - LCD1602：显示模块。 - AT24C02：EEPROM存储芯片。 - 按键：用于设置阈值。 - 风扇：连接到单片机输出，通过继电器或直接驱动。 - 蜂鸣器：用于报警。 2. **功能需求**： - 温度检测：使用DS18B20读取温度。 - 显示：在LCD1602上显示当前温度、上下限阈值。 - 存储：使用AT24C02存储阈值，实现掉电保存。 - 控制：按键设置阈值；温度超限时控制风扇和蜂鸣器。 - 报警逻辑：温度 > 下限阈值时启动风扇；温度 > 上限阈值时启动蜂鸣器（可能同时风扇已经启动）。 3. **系统框图**： - 需要描述整体设计：传感器、控制器、显示器、存储器、执行器。 4. **软件逻辑**： - 初始化：读取AT24C02中的阈值，设置初始值。 - 主循环：读取温度、显示信息、检查按键输入、控制输出。 - 按键处理：增加/减少阈值，并保存到AT24C02。 - 温度控制逻辑：比较温度与阈值，触发风扇和蜂鸣器。 5. **代码示例**： - 基于引用4中的DS18B20代码，可以扩展。 - 需要添加LCD1602驱动、AT24C02驱动、按键扫描、PWM控制风扇（参考引用5）。 回答结构： 1. **引言**：概述系统设计。 2. **硬件设计**：描述组件和连接。 3. **软件设计**： - 初始化步骤。 - 主函数逻辑。 - 关键函数：温度读取、阈值设置、存储读写、显示更新、输出控制。 4. **代码片段**：提供关键部分的代码，使用C语言。 5. **注意事项**：如PWM设置、通信协议。 6. **生成相关问题**：在末尾添加相关问题。 系统级指令： - 行内数学表达式用$...$，例如温度值。 - 独立公式用$$...$$，但可能不需要。 - LaTeX语法正确。 - 添加引用标识，如[^1]。 最后，生成相关问题。 完整回答大纲： - **标题**：智能温控风扇系统设计 - **内容**： 1. **系统概述**：简述基于51单片机的系统，集成DS18B20、LCD1602、AT24C02等组件。 2. **硬件连接**： - DS18B20连接到P3.7（假设1-Wire接口）。 - LCD1602连接到P0口或其他。 - AT24C02使用I2C协议，连接到P2.0和P2.1。 - 按键连接到P1口。 - 风扇连接到P2.2（通过PWM控制）。 - 蜂鸣器连接到P2.3。 3. **软件设计**： - 初始化：从AT24C02读取阈值，初始化LCD、DS18B20。 - 主循环：读取温度 → 显示 → 检查按键 → 控制输出。 - 按键处理：按键1增加上限，按键2减少上限，按键3增加下限，按键4减少下限。保存到AT24C02。 - 温度控制：如果温度 >下限阈值，启动风扇；如果温度 >上限阈值，启动蜂鸣器。 - 显示：LCD显示“Temp: XX°C Low: YY High: ZZ”。 4. **代码实现**：提供伪代码或关键函数。 - 基于Ref4的DS18B20代码。 - 添加AT24C02读写函数。 - LCD1602驱动。 - PWM控制风扇（Ref5提到100us中断，设置10K-20K频率）。 5. **注意事项**： - PWM频率设置以避免抖动。 - 阈值范围：DS18B20支持-55°C到125°C，所以阈值要在此范围内。 - 掉电保存：确保AT24C02写操作正确。 - **引用**：在相关部分末尾添加引用标识。 生成相关问题： 1. 如何优化DS18B20的温度读取精度？ 2. 多个DS18B20传感器如何集成到系统中？ 3. 如何添加PID控制以实现更平滑的温度调节？ 4. 系统如何扩展到物联网应用（如上传数据到云端）？ </think> ### 智能温控风扇系统设计 基于您的需求，我将设计一个基于51单片机的智能温控风扇系统。该系统使用DS18B20检测环境温度，LCD1602实时显示当前温度和设定的上下限阈值，AT24C02存储阈值实现掉电保存，并通过按键设置阈值。当温度超过下限阈值时启动风扇（例如，使用PWM控制直流电机），当温度超过上限阈值时触发蜂鸣器报警。设计参考了DS18B20的1-Wire通信协议[^3]、AT24C02的存储功能[^1]，以及PWM控制风扇的优化方法[^5]。系统硬件简单、成本低，适用于小规模温控场景如电子设备散热或温室监控。 #### 1. **系统硬件设计** 系统硬件以51单片机（如STC89C52）为核心，组件连接如下： - **DS18B20温度传感器**：连接单片机P3.7引脚（1-Wire接口），用于检测环境温度，测温范围$-55^\circ\text{C}$ 到 $+125^\circ\text{C}$[^3]。支持寄生供电（仅需数据线和GND）。 - **LCD1602显示模块**：连接P0口（数据线）和P2.4-P2.7（控制线），用于显示实时温度、下限阈值（Low）和上限阈值（High）。 - **AT24C02 EEPROM存储芯片**：通过I²C协议连接P2.0（SCL）和P2.1（SDA），存储阈值数据，实现掉电保存[^1]。 - **按键模块**：连接P1口（例如，P1.0增加上限、P1.1减少上限、P1.2增加下限、P1.3减少下限），用于手动设置阈值（范围$-55^\circ\text{C}$ 到 $+125^\circ\text{C}$）。 - **风扇控制**：直流电机（风扇）通过继电器或MOSFET连接P2.2引脚，使用PWM调速（频率约10kHz-20kHz以避免抖动[^5]）。 - **蜂鸣器报警**：无源蜂鸣器连接P2.3引脚，用于高温报警。 - **其他**：5V电源供电，晶振频率11.0592MHz以确保时序准确。 系统框图如下： - 传感器层：DS18B20 → 采集温度。 - 控制层：51单片机 → 处理数据、控制逻辑。 - 存储层：AT24C02 → 存储阈值。 - 输出层：LCD1602显示；风扇和蜂鸣器执行控制。 #### 2. **软件设计** 软件采用Keil C51编写，基于模块化设计。主程序包括初始化、温度读取、显示更新、按键处理、存储读写和控制逻辑。关键点： - **初始化阶段**：从AT24C02读取保存的阈值（如无数据，默认下限$25^\circ\text{C}$、上限$30^\circ\text{C}$），初始化DS18B20和LCD1602。 - **主循环**：每200ms循环一次（避免DS18B20转换延迟）。 - 读取DS18B20温度。 - 在LCD1602显示格式：第一行 "Temp: XX°C"，第二行 "Low: YY High: ZZ"。 - 检查按键输入，调整阈值并保存到AT24C02。 - 比较温度与阈值：若温度 > 下限阈值，启动风扇（PWM控制）；若温度 > 上限阈值，启动蜂鸣器（持续鸣响）。 - **温度控制逻辑**： - 风扇启动条件：温度 $T > T_{\text{low}}$。 - 蜂鸣器启动条件：温度 $T > T_{\text{high}}$。 - 注意：$T_{\text{low}} < T_{\text{high}}$，且阈值通过按键设置时限制在$[-55, 125]$内[^1][^3]。 ##### 关键函数代码片段 以下是核心代码（基于引用[^4]的DS18B20驱动和引用[^5]的PWM概念）： ```c #include <REGX52.H> #include "OneWire.h" // 1-Wire驱动库 #include "LCD1602.h" // LCD驱动库 #include "AT24C02.h" // AT24C02驱动库 // 引脚定义 sbit FAN = P2^2; // 风扇控制引脚 sbit BUZZER = P2^3; // 蜂鸣器控制引脚 // 全局变量 float currentTemp; int lowerThreshold = 25; // 默认下限阈值 int upperThreshold = 30; // 默认上限阈值 // DS18B20读取温度 (基于引用[^4]) float DS18B20_ReadT(void) { unsigned char TLSB, TMSB; int Temp; OneWire_Init(); OneWire_SendByte(0xCC); // SKIP_ROM OneWire_SendByte(0x44); // CONVERT_T // 延时等待转换完成（约750ms） OneWire_Init(); OneWire_SendByte(0xCC); OneWire_SendByte(0xBE); // READ_SCRATCHPAD TLSB = OneWire_ReceiveByte(); TMSB = OneWire_ReceiveByte(); Temp = (TMSB << 8) | TLSB; return Temp / 16.0; // 转换为实际温度 } // PWM控制风扇（频率~10kHz，周期100us中断） void PWM_Control(int dutyCycle) { // 设置定时器中断，每100us触发一次 // dutyCycle: 0-100（风扇速度比例） // 简化实现：使用定时器调节FAN引脚高低电平 } // 主函数 void main() { // 初始化 LCD_Init(); AT24C02_ReadThresholds(&lowerThreshold, &upperThreshold); // 从EEPROM读取阈值 LCD_Display("Temp: --°C", "Low: 25 High: 30"); // 初始显示 while(1) { // 读取温度 currentTemp = DS18B20_ReadT(); // 显示更新 char tempStr[16], threshStr[16]; sprintf(tempStr, "Temp: %.1f°C", currentTemp); sprintf(threshStr, "Low: %d High: %d", lowerThreshold, upperThreshold); LCD_Display(tempStr, threshStr); // 按键处理（示例：P1.0增加上限） if (P1_0 == 0) { // 按键按下 delay(10); // 消抖 if (upperThreshold < 125) upperThreshold++; AT24C02_SaveThresholds(lowerThreshold, upperThreshold); // 保存到EEPROM while(P1_0 == 0); // 等待释放 } // 类似处理其他按键（P1.1减少上限，P1.2增加下限，P1.3减少下限） // 温度控制逻辑 if (currentTemp > lowerThreshold) { PWM_Control(70); // 启动风扇，70%占空比 } else { FAN = 0; // 关闭风扇 } if (currentTemp > upperThreshold) { BUZZER = 1; // 触发蜂鸣器 } else { BUZZER = 0; // 关闭蜂鸣器 } delay(200); // 主循环延时200ms } } ``` #### 3. **设计注意事项** - **PWM优化**：风扇控制使用定时器中断实现PWM，频率设置为10kHz（周期100us）。避免过高频率导致电机抖动，参考值100us中断，每100次中断更新一次占空比（约10ms周期）[^5]。 - **掉电保存**：AT24C02写操作需延时确保数据稳定；阈值保存应在按键松开时触发，减少不必要的EEPROM写入次数（延长芯片寿命）[^1]。 - **精度处理**：DS18B20温度读取误差约$\pm 0.5^\circ\text{C}$，可通过软件滤波（如平均值）提高精度[^3]。 - **报警逻辑**：蜂鸣器仅在上限超限时触发，避免误报；风扇启动后可基于温度差动态调整PWM占空比（如$T$越高，占空比越大）。 - **功耗**：系统待机电流低，DS18B20支持寄生供电节省功耗[^3]。 #### 4. **测试与优化建议** - **测试步骤**： 1. 初始上电：验证LCD显示默认阈值和温度。 2. 按键测试：调整阈值并检查AT24C02存储是否生效（断电重启）。 3. 温度模拟：用热风枪加热DS18B20，观察风扇启动（$T > T_{\text{low}}$）和蜂鸣器报警（$T > T_{\text{high}}$）。 - **潜在优化**： - 添加温度校准：补偿DS18B20偏移误差。 - 扩展多个DS18B20：支持多点测温（需修改1-Wire搜索ROM命令）[^2]。 - 物联网集成：添加ESP8266模块上传温度数据到云端[^2]。 该系统可靠、成本低，适用于教育或小型项目。如有不足，可基于引用反馈进一步迭代[^2]。
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