atmega16应用之DS18B20温度传感器

DS18B20

全称是单总线数字温度传感器，即只有一根通信线，非常节省I/O端口。

单总线的特点

DS18B20的特点

DS18B20 单线数字温度传感器，即“一线器件”，其具有独特的优点：
（1 ）采用单总线的接口方式 与微处理器连接时 仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 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。
（ 2 ）测量温度范围宽，测量精度高 DS18B20 的测量范围为 -55 ℃ ~+ 125 ℃ ； 在 -10~+ 85°C 范围内，精度为 ± 0.5°C 。
（ 3 ）在使用中不需要任何外围元件。
（ 4 ）持多点组网功能 多个 DS18B20 可以并联在惟一的单线上，实现多点测温。
（ 5 ）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，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，可靠性更高。
（ 6 ）测量参数可配置 DS18B20 的测量分辨率可通过程序设定 9~12 位。
（ 7 ） 负压特性 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 DS18B20 内部含有 EEPROM ，在系统掉电以后，它仍可保存分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内部结构

主要由4部分组成：64 位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作 是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的排的循环冗余校验码（CRC=X^8＋X5＋X^4＋1）。 ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

DS18B20管脚排列

DS18B20的管脚排列

1. GND为电源 地；
2. DQ为数字信号输入／输出端；
3. VDD为外接供电电源输入端
   

DS18B20内部构成

DS18B20 内部结构主要由四部分组成： 64 位光刻 ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL 、配置寄存器。
光刻 ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20 的地址序列码。 64 位光刻 ROM 的排列是：开始 8 位（地址： 28H ）是产品类型标号，接着的 48 位是该 DS18B20 自身的序列号，并且每个 DS18B20 的序列号都不相同，因此它可以看作是该 DS18B20 的地址序列码；最后 8 位则是前面 56 位的循环冗余校验码（ CRC=X8+X5+X4+1 ）。由于每一个 DS18B20 的 ROM 数据都各不相同，因此微控制器就可以通过单总线对多个 DS18B20 进行寻址，从而实现一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的。

DS18B20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S为符号位。

例 如＋125℃的数字输出为07D0H （正温度 直接吧16进制数转成10进制即得到温度值 ）
-55℃的数字输出为 FC90H。 （负温度 把得到的16进制数 取反后 加1 再转成10进制数）

其中配置寄存器的格式如下：　低五位一直都是"1"，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，如下图所示：（DS18B20出厂时被设置为12位）

内存与分辨率的关系

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补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1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S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。

DS18B20的工作时序

初始化时序

主机首先发出一个480－960微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的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。若无低电平出现一直都是高电平说明总线上无器件应答。　　做为从器件的DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有480－960微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待15－60微秒后将总线电平拉低60－240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

对DS18B20的写和读操作

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0和写1组成的命令字节，接收数据时也是从DS18B20读取0或1的过程。因此首先要搞清主机是如何进行写0、写1、读0和读1的。
写周期最少为60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1微秒表示写周期开始。随后若主机想写0，则继续拉低电平最少60微秒直至写周期结束，然后释放总线为高电平。若主机想写1，在一开始拉低总线电平1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DS18B20则在检测到总线被拉底后等待15微秒然后从15us到45us开始对总线采样，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0。

对于读数据操作时序也分为读0时序和读1时序两个过程。读时隙是从主机把单总线拉低之后，在1微秒之后就得释放单总线为高电平，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20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0就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1微秒在内的15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0。采样期内总线为高电平则确认为1。完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成

DS18B20 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， 1-WIRE 器件将不响应主机，因此读写时序很重要。系统对 DS18B20 的各种操作必须按协议进行。根据 DS18B20 的协议规定，微控制器控制 DS18B20 完成温度的转换必须经过以下 4 个步骤 ：
（１）每次读写前对 DS18B20 进行复位初始化。复位要求主 CPU 将数据线
下拉 500us ，然后释放， DS18B20 收到信号后等待 16us~60us 左右，然后发出
60us~240us 的存在低脉冲，主 CPU 收到此信号后表示复位成功。
（２）发送一条 ROM 指令

３）发送存储器指令

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：
1、主机先作个复位操作，
2、主机再写跳过ROM的操作（CCH）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候都是低字节先写，例如CCH的二进制为11001100，在写到总线上时要从低位开始写，写的顺序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹”。整个操作的总线状态如下图。

读取RAM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DS18B20的应答（存在）脉冲。
2、主机发出跳过对ROM操作的命令（CCH）。
3、主机发出读取RAM的命令（BEH），随后主机依次读取DS18B20发出的从第0一第8，共九个字节的数据。如果只想读取温度数据，那在读完第0和第1个数据后就不再理会后面DS18B20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：

在这里说明一下，第二步跳过对ROM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作，若总线上不止一个器件，那么跳过ROM操作命令将会使几器件同时响应，这样就会出现数据冲突。

上面的知识是老师给的课件的，像我这么懒的人才不会写呢，我知道大家都很忙，所以大多没有好好看，只想要代码，但一些基本的操作步骤还是要知道的

引脚配置

单片机最起码的是配置引脚

#define DQ_DIR_IN()    DDRB &= ~(1<<4)      //PB4引脚设置为输入
#define DQ_DIR_OUT()   DDRB |= (1<<4)		//设置为输出

#define DQ_DATA        ((PINB&(1<<4))>>4)		//引脚上的输入的电平

#define DQ_SET()       PORTB |= (1<<4)			//输出高电平
#define DQ_CLEAR()     PORTB &= ~(1<<4)	//输出低电平

上面是温度传感器DQ引脚的配置

初始化

首先呢，输出480-960us的低电平，这是给温度传感器发送一个启动的信号，然后，设置引脚为输入，接受传感器的响应，这个要想延时60-240us。这样就完成了一个刺激信号，然后接受信号的过程。这是启动温度传感器的信号

int Init_DS18B20(void)
{
    int temp;

    //主机发送480-960us的低电平
    DQ_DIR_OUT();

    DQ_SET();
    delay_us(10);
    DQ_CLEAR();
    delay_us(750);
    DQ_SET();

    //从机拉低60-240us响应
    DQ_DIR_IN();

    delay_us(150);
    temp = DQ_DATA;
    delay_us(500);

    //
    return temp;
}

写数据

void Write_DS18B20(uchar value)
{
    int i;

    DQ_DIR_OUT();

    for(i=0;i<8;i++)
    {
        //主机拉低总线
        DQ_SET();
        delay_us(1);
        DQ_CLEAR();

        //写数据位
        if((value&(1<<i))!=0)
        {
            DQ_SET();
        }
        else
        {
            DQ_CLEAR();
        }

        delay_us(70);
        DQ_SET();
        delay_us(10);
    }

    delay_us(10);
}

////读数据
uchar Read_DS18B20(void)
{
    uchar value = 0;
    int i;

    for(i=0;i<8;i++)
    {
        //主机拉低总线并释放
        DQ_DIR_OUT();

        DQ_SET();
        delay_us(1);
        DQ_CLEAR();
        delay_us(1);
        DQ_SET();

        //读数据位
        DQ_DIR_IN();
        delay_us(7);

        value |= (DQ_DATA<<i);

        delay_us(70);

    }

    return value;
}

//读取温度
int Read_Temperature(void)
{
    char temp_l, temp_h;
    int temp;

    #asm("cli")
    Init_DS18B20();
    Write_DS18B20(0xCC); //跳过ROM
    Write_DS18B20(0x44); //温度转换
    #asm("sei");

    delay_ms(200); //等待温度转换

    #asm("cli")
    Init_DS18B20();
    Write_DS18B20(0xCC); //跳过ROM
    Write_DS18B20(0xBE); //读RAM数据

    temp_l = Read_DS18B20(); //读前两字节数据
    temp_h = Read_DS18B20();
    #asm("sei")

    if((temp_h&0xf8)!=0x00)
    {
        state=1;         //此时温度为零下，即为负数
        temp_h=~temp_h;
        temp_l=~temp_l;
        temp_l +=1;
        if(temp_l>255)
            temp_h++;
    }
        temp=temp_h;
        temp&=0x07;
        temp=((temp_h*256)+temp_l)*0.625+0.5;
    //处理数据
    //temp = (temp_h*256+temp_l)*6.25;

    return temp;

}

剩下的你们自己理解吧，我懒得解释了，不懂的自己看前面的原理，不能什么得解释的清清楚楚，也得自己自学，自己查资料学习解答疑惑，这样才能学到东西