DS18B20是一款常用的高精度的單總線數(shù)字溫度測(cè)量芯片。具有體積小，硬件開(kāi)銷低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高的特點(diǎn)。

DS18B20原理

傳感器參數(shù)

• 測(cè)溫范圍為-55℃到+125℃，在-10℃到+85℃范圍內(nèi)誤差為±0.4°

• 返回16位二進(jìn)制溫度數(shù)值

• 主機(jī)和從機(jī)通信使用單總線，即使用單線進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收

• 在使用中不需要任何外圍元件，獨(dú)立芯片即可完成工作

• 掉電保護(hù)功能 DS18B20 內(nèi)部含有 EEPROM ，通過(guò)配置寄存器可以設(shè)定數(shù)字轉(zhuǎn)換精度和報(bào)警溫度，在系統(tǒng)掉電以后，它仍可保存分辨率及報(bào)警溫度的設(shè)定值

• 每個(gè)DS18B20都有獨(dú)立唯一的64位-ID，此特性決定了它可以將任意多的DS18b20掛載到一根總線上，通過(guò)ROM搜索讀取相應(yīng)DS18B20的溫度值

• 寬電壓供電，電壓2.5V~5.5V

• DS18B20返回的16位二進(jìn)制數(shù)代表此刻探測(cè)的溫度值，其高五位代表正負(fù)。如果高五位全部為1，則代表返回的溫度值為負(fù)值。如果高五位全部為0，則代表返回的溫度值為正值。后面的11位數(shù)據(jù)代表溫度的絕對(duì)值，將其轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)值之后，再乘以0.0625即可獲得此時(shí)的溫度值

傳感器引腳及原理圖

DS18B20一共有三個(gè)引腳，分別是：

• GND：電源地線

• DQ：數(shù)字信號(hào)輸入／輸出端

• VDD：外接供電電源輸入端

單個(gè)DS18B20接線方式：VDD接到電源，DQ接單片機(jī)引腳，同時(shí)外加上拉電阻，GND接地。

注意這個(gè)上拉電阻是必須的，就是DQ引腳必須要一個(gè)上拉電阻。

DS18B20上拉電阻

首先來(lái)看一下什么是場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）。

MOS管是電壓控制型元器件，只要對(duì)柵極施加一定電壓，DS就會(huì)導(dǎo)通，MOS基礎(chǔ)相關(guān)文章:MOS管基本認(rèn)識(shí)。

漏極開(kāi)路：MOS管的柵極G和輸入連接，源極S接公共端，漏極D懸空（開(kāi)路）什么也沒(méi)有接，直接輸出 ，這時(shí)只能輸出低電平和高阻態(tài)，不能輸出高電平。

那么這個(gè)時(shí)候會(huì)出現(xiàn)三種情況：

• 下圖a為正常輸出（內(nèi)有上拉電阻）：場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)，輸出低電位輸出低電位，截止時(shí)輸出高電位

• 下圖b為漏極開(kāi)路輸出，外接上拉電阻：場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)，驅(qū)動(dòng)電流是從外部的VCC流經(jīng)電阻通過(guò)MOSFET到GND，輸出低電位，截止時(shí)輸出高電位

• 下圖c為漏極開(kāi)路輸出，無(wú)外接上拉電阻：場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)輸出低電位，截止呈高阻態(tài)(斷開(kāi))

總結(jié)一下：

開(kāi)漏輸出只能輸出低電平，不能輸出高電平。漏極開(kāi)路輸出高電平時(shí)必須在輸出端與正電源（VCC）間外接一個(gè)上拉電阻。否則只能輸出高阻態(tài)。

DS18B20 是單線通信，即接收和發(fā)送都是這個(gè)通信腳進(jìn)行的。其接收數(shù)據(jù)時(shí)為高電阻輸入，其發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)是開(kāi)漏輸出，本身不具有輸出高電平的能力，即輸出0時(shí)通過(guò)MOS下拉為低電平，而輸出1時(shí)，則為高阻，需要外接上拉電阻將其拉為高電平。因此，需要外接上拉電阻，否則無(wú)法輸出1。

外接上拉電阻阻值：

DS18B20的工作電流約為1mA，VCC一般為5V，則電阻R=5V/1mA=5KΩ，所以正常選擇4.7K電阻，或者相近的電阻值。

DS18B20寄生電源

DS18B20的另一個(gè)特點(diǎn)是不需要再外部供電下即可工作。當(dāng)總線高電平時(shí)能量由單線上拉電阻經(jīng)過(guò)DQ引腳獲得。高電平同時(shí)充電一個(gè)內(nèi)部電容，當(dāng)總線低電平時(shí)由此電容供應(yīng)能量。這種供電方法被稱為“寄生電源”。另外一種選擇是DSl8B20由接在VDD的外部電源供電。

DS18B20內(nèi)部構(gòu)成

主要由以下3部分組成：

• 64 位ROM

• 高速暫存器

• 存儲(chǔ)器

64位ROM存儲(chǔ)獨(dú)有的序列號(hào)，ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個(gè)DS18B20的64位序列號(hào)均不相同。這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。

高速暫存器包含：

• 溫度傳感器

• 一個(gè)字節(jié)的溫度上限和溫度下限報(bào)警觸發(fā)器(TH和TL)

• 配置寄存器允許用戶設(shè)定9位，10位，11位和12位的溫度分辨率，分別對(duì)應(yīng)著溫度的分辨率為：0.5°C，0.25°C，0.125°C，0.0625°C，默認(rèn)為12位分辨率

存儲(chǔ)器：由一個(gè)高速的RAM和一個(gè)可擦除的EEPROM組成，EEPROM存儲(chǔ)高溫和低溫觸發(fā)器(TH和TL)以及配置寄存器的值，(就是存儲(chǔ)低溫和高溫報(bào)警值以及溫度分辨率)

DS18B20溫度讀取與計(jì)算

DS18B20采用16位補(bǔ)碼的形式來(lái)存儲(chǔ)溫度數(shù)據(jù)，溫度是攝氏度。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。

高字節(jié)的五個(gè)S為符號(hào)位，溫度為正值時(shí)S=1,溫度為負(fù)值時(shí)S=0。

剩下的11位為溫度數(shù)據(jù)位，對(duì)于12位分辨率，所有位全部有效，對(duì)于11位分辨率，位0(bit0)無(wú)定義，對(duì)于10位分辨率，位0和位1無(wú)定義,對(duì)于9位分辨率，位0，位1，和位2無(wú)定義。

對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：

當(dāng)五個(gè)符號(hào)位S=0時(shí)，溫度為正值，直接將后面的11位二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，再乘以0.0625(12位分辨率)，就可以得到溫度值。

當(dāng)五個(gè)符號(hào)位S=1時(shí)，溫度為負(fù)值，先將后面的11位二進(jìn)制補(bǔ)碼變?yōu)樵a(符號(hào)位不變，數(shù)值位取反后加1)，再計(jì)算十進(jìn)制值。再乘以0.0625(12位分辨率)，就可以得到溫度值。

舉兩個(gè)例子：

• 數(shù)字輸出07D0(00000111 11010000)，轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制是2000，對(duì)應(yīng)攝氏度：0.0625x2000=125°C

• 數(shù)字輸出為 FC90，首先取反，然后+1，轉(zhuǎn)換成原碼為：11111011 01101111，數(shù)值位轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制是870，對(duì)應(yīng)攝氏度：-0.0625x870=-55°C

上述例子，用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)的代碼，如下：

unsignedintTemp1,Temp2,Temperature;//Temp1低八位，Temp2高八位unsigned char Minus Flag=0;  //負(fù)溫度標(biāo)志位
if（Temp2＆0xFC）//判斷符號(hào)位是否為1{  Minus Flag=l; //負(fù)溫度標(biāo)志位置1  Temperature=((Temp2<<8)|Temp1); //高八位第八位進(jìn)行整合  Temperature=((Temperature)+1); //講補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為原碼，求反，補(bǔ)1  Temperature*=0.0625;//求出十進(jìn)制}else   //溫度為正值{  Minus Flag=0;  //負(fù)溫度標(biāo)志位置0  Temperature =((Temp2<<8) |Temp1)*0.0625;}

DS18B20工作步驟

DS18B20的工作步驟可以分為三步：

• 初始化DS18B20

• 執(zhí)行ROM指令

• 執(zhí)行DS18B20功能指令

其中第二步執(zhí)行ROM指令，也就是訪問(wèn)每個(gè)DS18B20，搜索64位序列號(hào)，讀取匹配的序列號(hào)值，然后匹配對(duì)應(yīng)的DS18B20，如果我們僅僅使用單個(gè)DS18B20，可以直接跳過(guò)ROM指令。而跳過(guò)ROM指令的字節(jié)是0xCC。

初始化DS18B20

任何器件想要使用，首先就是需要初始化，對(duì)于DS18B20單總線設(shè)備，首先初始化單總線為高電平，然后總線開(kāi)始也需要檢測(cè)這條總線上是否存在DS18B20這個(gè)器件。如果這條總線上存在DS18B20，總線會(huì)根據(jù)時(shí)序要求返回一個(gè)低電平脈沖，如果不存在的話，也就不會(huì)返回脈沖，即總線保持為高電平。

初始化具體時(shí)序步驟如下:

• 單片機(jī)拉低總線至少480us，產(chǎn)生復(fù)位脈沖，然后釋放總線（拉高電平）

• 這時(shí)DS8B20檢測(cè)到請(qǐng)求之后，會(huì)拉低信號(hào)，大約60~240us表示應(yīng)答

• DS8B20拉低電平的60~240us之間，單片機(jī)讀取總線的電平，如果是低電平，那么表示初始化成功

• DS18B20拉低電平60~240us之后，會(huì)釋放總線

DS18B20的初始化代碼如下:

/*****初始化DS18B20*****/unsigned int Init_DS18B20(void){unsigned int x=0;  DQ = 1;      //DQ復(fù)位  delay(4);    //稍做延時(shí)  DQ = 0;      //單片機(jī)將DQ拉低  delay(60);   //精確延時(shí)，大于480us  DQ = 1;      //拉高總線  delay(8);  x = DQ;      //稍做延時(shí)后，如果x=0則初始化成功，x=1則初始化失敗  delay(4); return x;}

寫(xiě)時(shí)序

總線控制器通過(guò)控制單總線高低電平持續(xù)時(shí)間從而把邏輯1或0寫(xiě)DS18B20中。每次只傳輸1位數(shù)據(jù)。

單片機(jī)想要給DS18B20寫(xiě)入一個(gè)0時(shí)，需要將單片機(jī)引腳拉低，保持低電平時(shí)間要在60~120us之間，然后釋放總線。

單片機(jī)想要給DS18B20寫(xiě)入一個(gè)1時(shí)，需要將單片機(jī)引腳拉低，拉低時(shí)間需要大于1us，然后在15us內(nèi)拉高總線。

在寫(xiě)時(shí)序起始后15μs到60μs期間，DS18B20處于采樣單總線電平狀態(tài)。如果在此期間總線為高電平，則向DS18B20寫(xiě)入1;如果總線為低電平，則向DSl8B20寫(xiě)入0。

注意：2次寫(xiě)周期之間至少間隔1us。

DS18B20寫(xiě)時(shí)序的代碼如下:

/*****寫(xiě)一個(gè)字節(jié)*****/void WriteOneChar(unsigned char dat){unsigned char i=0;for (i=8; i>0; i--)  {    DQ = 0;    DQ = dat&0x01;  //與1按位與運(yùn)算，dat最低位為1時(shí)DQ總線為1，dat最低位為0時(shí)DQ總線為0  delay(4);    DQ = 1;    dat>>=1;   }  delay(4);}

采用多個(gè)DS18B20時(shí)，需要寫(xiě)ROM指令來(lái)控制總線上的某個(gè)DS18B20。如果是單個(gè)DS18B20，直接寫(xiě)跳過(guò)ROM指令0xCC即可。DS18B20寫(xiě)入ROM功能指令如下表：

DS18B20的一些RAM功能指令如下表。其中常用的是溫度轉(zhuǎn)換指令，開(kāi)啟溫度讀取轉(zhuǎn)換，讀取好的溫度會(huì)存儲(chǔ)在高速暫存器的第0個(gè)和第一個(gè)字節(jié)中。另一個(gè)常用的是讀取溫度指令，讀取高速暫存器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。

讀時(shí)序

讀時(shí)隙由主機(jī)拉低總線電平至少1μs然后再釋放總線，讀取DS18B20發(fā)送過(guò)來(lái)的1或者0。

DS18B20在檢測(cè)到總線被拉低1微秒后，便開(kāi)始送出數(shù)據(jù)，若是要送出0就把總線拉為低電平直到讀周期結(jié)束。若要送出1則釋放總線為高電平。

注意：所有讀時(shí)隙必須至少需要60us，且在兩次獨(dú)立的時(shí)隙之間至少需要1ps的恢復(fù)時(shí)間。

同時(shí)注意：主機(jī)只有在發(fā)送讀暫存器命令(0xBE)或讀電源類型命令(0xB4)后，立即生成讀時(shí)隙指令，DS18B20才能向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)。也就是先發(fā)讀取指令，再發(fā)送讀時(shí)隙。

最后一點(diǎn)：寫(xiě)時(shí)序注意是先寫(xiě)命令的低字節(jié)，比如寫(xiě)入跳過(guò)ROM指令0xCC(11001100),寫(xiě)的順序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹”。

讀時(shí)序時(shí)是先讀低字節(jié)，在讀高字節(jié)，也就是先讀取高速暫存器的第0個(gè)字節(jié)(溫度的低8位)，在讀取高速暫存器的第1個(gè)字節(jié)(溫度的高8位) 我們正常使用DS18B20讀取溫度讀取兩個(gè)溫度字節(jié)即可。

STM32例程

DS18B20.c代碼：

#include "ds18b20.h"#include "delay.h"
//復(fù)位DS18B20void DS18B20_Rst(void){                   DS18B20_IO_OUT();   //SET PG11 OUTPUT    DS18B20_DQ_OUT=0;   //拉低DQ    delay_us(750);      //拉低750us    DS18B20_DQ_OUT=1;   //DQ=1   delay_us(15);       //15US}//等待DS18B20的回應(yīng)//返回1:未檢測(cè)到DS18B20的存在//返回0:存在u8 DS18B20_Check(void){     u8 retry=0;  DS18B20_IO_IN();  //SET PG11 INPUT   while (DS18B20_DQ_IN&&retry<200)  {    retry++;    delay_us(1);  };   if(retry>=200)return 1;else retry=0;while (!DS18B20_DQ_IN&&retry<240)  {    retry++;    delay_us(1);  };if(retry>=240)return 1;      return 0;}//從DS18B20讀取一個(gè)位//返回值：1/0u8 DS18B20_Read_Bit(void){    u8 data;  DS18B20_IO_OUT();  //SET PG11 OUTPUT    DS18B20_DQ_OUT=0;   delay_us(2);    DS18B20_DQ_OUT=1;   DS18B20_IO_IN();  //SET PG11 INPUT  delay_us(12);if(DS18B20_DQ_IN)data=1;else data=0;       delay_us(50);           return data;}//從DS18B20讀取一個(gè)字節(jié)//返回值：讀到的數(shù)據(jù)u8 DS18B20_Read_Byte(void){            u8 i,j,dat;    dat=0;for (i=1;i<=8;i++)   {        j=DS18B20_Read_Bit();        dat=(j<<7)|(dat>>1);    }                return dat;}//寫(xiě)一個(gè)字節(jié)到DS18B20//dat：要寫(xiě)入的字節(jié)void DS18B20_Write_Byte(u8 dat){                 u8 j;    u8 testb;  DS18B20_IO_OUT();  //SET PG11 OUTPUT;for (j=1;j<=8;j++)   {        testb=dat&0x01;        dat=dat>>1;if (testb)         {            DS18B20_DQ_OUT=0;  // Write 1            delay_us(2);                                        DS18B20_DQ_OUT=1;            delay_us(60);                     }else        {            DS18B20_DQ_OUT=0;  // Write 0            delay_us(60);                         DS18B20_DQ_OUT=1;            delay_us(2);                                  }    }}//開(kāi)始溫度轉(zhuǎn)換void DS18B20_Start(void){                                  DS18B20_Rst();         DS18B20_Check();       DS18B20_Write_Byte(0xcc);  // skip rom    DS18B20_Write_Byte(0x44);  // convert} 

//初始化DS18B20的IO口 DQ 同時(shí)檢測(cè)DS的存在//返回1:不存在//返回0:存在       u8 DS18B20_Init(void){   GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOG, ENABLE);   //使能PORTG口時(shí)鐘 
   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;        //PORTG.11 推挽輸出   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;          GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;   GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);

   GPIO_SetBits(GPIOG,GPIO_Pin_11);    //輸出1

   DS18B20_Rst();

return DS18B20_Check();}  //從ds18b20得到溫度值//精度：0.1C//返回值：溫度值 （-550~1250） short DS18B20_Get_Temp(void){    u8 temp;    u8 TL,TH;short tem;    DS18B20_Start ();        // ds1820 start convert    DS18B20_Rst();    DS18B20_Check();       DS18B20_Write_Byte(0xcc);  // skip rom    DS18B20_Write_Byte(0xbe);  // convert          TL=DS18B20_Read_Byte();   // LSB       TH=DS18B20_Read_Byte();   // MSB  
if(TH>7)    {        TH=~TH;        TL=~TL;         temp=0;          //溫度為負(fù)      }else temp=1;        //溫度為正            tem=TH;           //獲得高八位    tem<<=8;        tem+=TL;          //獲得底八位    tem=(float)tem*0.625;    //轉(zhuǎn)換     if(temp)return tem;     //返回溫度值else return -tem;    }

DS18B20.h代碼：

#ifndef __DS18B20_H #define __DS18B20_H #include "sys.h"

//IO方向設(shè)置#define DS18B20_IO_IN()  {GPIOG->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOG->CRH|=8<<12;}#define DS18B20_IO_OUT() {GPIOG->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOG->CRH|=3<<12;}//IO操作函數(shù)                         #define  DS18B20_DQ_OUT PGout(11) //數(shù)據(jù)端口  PA0 #define  DS18B20_DQ_IN  PGin(11)  //數(shù)據(jù)端口  PA0 
u8 DS18B20_Init(void);//初始化DS18B20short DS18B20_Get_Temp(void);//獲取溫度void DS18B20_Start(void);//開(kāi)始溫度轉(zhuǎn)換void DS18B20_Write_Byte(u8 dat);//寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)u8 DS18B20_Read_Byte(void);//讀出一個(gè)字節(jié)u8 DS18B20_Read_Bit(void);//讀出一個(gè)位u8 DS18B20_Check(void);//檢測(cè)是否存在DS18B20void DS18B20_Rst(void);//復(fù)位DS18B20    #endif