温度传感器DS18B20 MCU起航 QQ:2246080671

主要内容 1、DS18B20的初步了解 2、控制DS18B20的指令 3、DS18B20的工作时序 4、操作DS18B20的实例

DS18B20的初步了解 DS18B20是Dallas半导体公司生成的一款数字式温度传 感器，也有的地方说它的厂家是美国美信（MAXIM）半导体 公司，其实也没错，因为美信在2001年收购了Dallas，它成 为了美信的全资子公司。所以，说它是美信生产的没问题。

DS18B20的初步了解 DS18B20有两大特点：1、数字式传感器，读取便捷；2、 一线式总线（1-wire bus）通信，只占用一个IO脚。除此之外， 它也有大量的优点： 1、每个器件都有一个唯一的64位序列号，可实现多点组网 2、应用电路设计简单，只需要很少的器件； 3、供电电压3.0~5.5V，也可以从数据引脚获取电源； 4、测量温度从-55°C到+125°C，在-10°C~+85°C时精度 为±0.5°C； 5、温度计的分辨率从9位至12位可选，其中包含温度正负位； 6、用户可定义的非易失性报警设置； 7、多种封装方式：SO-8、μSOP-8以及TO-92，最后一种 较为常见。

DS18B20的初步了解 TO-92封装的18B20样式非常小巧，有三只脚，分别为： 1脚GND，2脚数据，3脚电压，外形和直插式的三极管一模 一样，接口电路如图所示。

DS18B20的初步了解 18B20通过编程可以实现最高12位的温度转换，同时可 识别温度正负。温度数据寄存器格式如表所示： 温度值被存在一个16位寄存器中，前面五位“S”为符 号位：S=0，温度为正，S=1，温度为负。如果DS18B20被 配置为12位分辨率，那么该16位寄存器中的所有bit都有效； 如果是11位分辨率，那么bit0无效；如果是10位分辨率，那 么bit0和bit1无效；如果是9位分辨率，那么bit0、bit1和 bit2无效。 LS Byte bit 7 bit 6 bit 5 bit 4 bit 3 bit 2 bit 1 bit 0 23 22 21 20 2-1 2-2 2-3 2-4 MS Byte bit 15 bit 14 bit 13 bit 12 bit 11 bit 10 bit 9 bit 8 S 26 25 24

DS18B20的初步了解 温度数据表 温度 数字输出（二进制） 数字输出（十六进制） +125°C 0000 0111 1101 0000 07D0h +85°C* 0000 0101 0101 0000 0550h +25.0625°C 0000 0001 1001 0001 0191h +10.125°C 0000 0000 1010 0010 00A2h +0.5°C 0000 0000 0000 1000 0008h 0°C 0000 0000 0000 0000 0000h -0.5°C 1111 1111 1111 1000 FFF8h -10.125°C 1111 1111 0101 1110 FF5Eh -25.0625°C 1111 1110 0110 1111 FE6Fh -55°C 1111 1100 1001 0000 FC90h

DS18B20的初步了解 以12位分辨率为例，二进制数最低位增加1，表示温度 增加0.0625°C。0.5°C的二进制数换算成10进制后为 8,0.0625×8结果刚好为0.5。 如果计算零下的温度值，需要先求得上述编码的补码。 补码的计算过程是符号位不变，其余各位取反，然后加1。 如表12.6所示，以-55°C为例，它的补码为1111 1011 0111 0000，不考虑符号位，换算成十进制数为880,然后 880×0.0625得到55，刚好符合表中的结果。

控制DS18B20的指令 虽然长得和三极管很像，但是它真的是一款数字型、总 线通信的温度传感器。想要控制它的话，需要先知道常用的 控制指令有哪些。 访问一片DS18B20的顺序如下： 1、设备上电后，通过发送一定时序的高低电平，实现 设备的初始化。 2、发送ROM命令，单片机的一个IO上可以挂载一个或 多个DS18B20，所以此处可发送相关的ROM命令进行设备 识别。 3、发送功能命令，例如启动温度转换、设置温度报警 上下限等等。

控制DS18B20的指令 首先看ROM相关的指令： 1、F0H-搜索ROM。用来确定挂在同一总线上的DS18B20 有多少个，获得相应的ROM码。 2、33F-读ROM。一条总线上只接一个DS18B20时，发送该 指令即可获取ROM码。 3、55H-匹配ROM。发出该命令后，接着发出一个64bit的 ROM码，即可选定该码对应的设备。 4、CCH-跳过ROM。不检测64bit的ROM码，直接发送功能 命令，常用于单个设备的情况。 5、ECH-搜索报警命令。该指令的功能和搜索ROM的功能 类似，区别在于只有出现了报警标志的从设备才会返回自身的 ROM码。执行该指令的前提是DS18B20设置了温度报警的功能。

控制DS18B20的指令 6、44H-转换温度。DS18B20收到该指令后，根据当 前温度，转换成相应的数据存入16bit的寄存器中。 7、4EH-写暂存器。DS18B20内部有9个字节的暂存器， 暂存器地址从0至8。执行该指令后，需向DS18B20写入三 个字节的数据：第一个字节写入温度上限寄存器TH（第三个 暂存器），设置报警温度的上限；第二个字节写入温度下限 寄存器TL（第四个暂存器），设置报警温度的下限；第三个 字节写入配置寄存器（第五个暂存器），设置转换精度。写 指令时，由于是串行传输，写入顺序为先写低位，后写高位。 8、BEH-读暂存器。从地址0开始，到地址8，可以依次 读出暂存器的所有内容。如果只需要前面几个字节的内容， 读出后对DS18B20进行复位设置，即可结束此次读过程。

控制DS18B20的指令 9、48H-复制暂存器。执行该指令，可以把TH、TL、 配置寄存器中的内容复制到EEPROM中，即使以后设备断电， 上述内容也不会丢失。 10、B8H-读取EEPROM。执行该指令，会把EEPROM 中的TH、TL、配置寄存器的值，分别存入暂存器中相应的 位置。 11、B4H-读取供电模式。DS18B20有两种供电模式： 外部电源供电与寄生电源供电。执行该指令后，寄生电源供 电的DS18B20会把总线拉低，外部电源供电的DS18B20会 把总线拉高。

控制DS18B20的指令 上面提到了一个9字节的暂存器和EEPROM，暂存器内部包 括9个寄存器，具体内容如表所示： 寄存器名称 寄存器地址 温度值低位（LSB） （50H） 温度值高位（MSB） （05H） 1 温度上限（TH）* 2 温度下限（TL）* 3 配置寄存器* 4 保留 （FFH） 5 保留 （0CH） 6 保留 （10H） 7 CRC校验值* 8

控制DS18B20的指令 先看温度值低位与温度值高位，每次上电复位后，这两 个寄存器默认值都是固定的（50H与05H），如果直接读取 的话，对应的温度值是85°C。 再看上表中带有*的寄存器，寄存器地址为2、3、4的 值，可以通过复制暂存器的指令将三个值分别写入EEPROM 中。而且，每次上电后这三位默认的值，也是自动从 EEPROM中读取出来的。

接下来看“配置寄存器”，之所以说它是配置寄存器， 是因为它能控制温度转换的精度：到底是9位、10位、11位 还是12位。它是一个8bit的寄存器，格式如表所示： R1与R0值由用户设置，其余6bit为固定值。R1与R0的 值与转换精度对应的关系如表12.9所示： bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 R1 R0 1 R1 R0 分辨率 最大转换时间 9-bit 93.75ms （tCONV/8） 1 10-bit 187.5ms （tCONV/4） 11-bit 375ms （tCONV/2） 12-bit 750ms （tCONV）

DS18B20的工作时序 DS18B20使用了比较严格的1-wire通信协议来确保数 据的完整性，毕竟只有一条线，既要进行读操作，又要进行 写操作，这样一个半双工通信要有规范的说明。 在该通信协议中定义了几个信号类型：复位脉冲、存在 脉冲、写数据0、写数据1、读数据0和读数据1。除去存在脉 冲，其它的信号都是由主机进行操作的。

DS18B20的工作时序 首先是复位脉冲和存在脉冲，它们两个结合在一起，组 成了DS18B20的初始化信号。首先，主机发送一个复位脉冲， 然后DS18B20返回一个存在脉冲。当存在脉冲返回之后，说 明DS18B20已经准备好了，随时开始工作。

DS18B20的工作时序 DS18B20闲置状态下，保持数据脚为高电平： 1、把数据脚拉低，持续时间480us~960us，进行复位 操作。 2、把数据脚拉高，将其释放。相当于把这条线的控制 主动权交给DS18B20，勾引它做出应答。持续时间 15~60us。 3、DS18B20变得主动以后，只要器件本身没有质量问 题，会向主机发出一个存在脉冲，也有的地方叫“应答脉 冲”，毕竟有来有往的才叫通信，有来无往的只能叫做广播。 存在脉冲为低电平脉冲，持续时间60~240us。 所以主机只要在存在脉冲的时间内检测数据脚的电压，持续 为低的话，说明DS18B20初始化正常。

DS18B20的工作时序 初始化完成后，进入写指令和读数据的阶段。在写操作 中，有两种信号类型：0和1，时序图如图所示

DS18B20的工作时序 先看写0时隙（TIME SLOT），按照此时隙操作总线， 可以向DS18B20写入1bit数据0。过程如下：先把总线拉低， 维持低电平至少60us即可。 再看写1时隙（TIME SLOT），按照次时隙操作总线， 可以向DS18B20写入1bit数据1。过程如下：先把总线拉低， 至少维持1us低电平，然后在14us内释放总线，让上拉电阻 将总线拉高。 向DS18B20写入数据的原理：无论写入0还是1，都要 先把总线拉低，拉低的目的在于提醒DS18B20：我要给你写 数据了，准备接收。DS18B20收到提醒后的15us开始，就 要采样总线上的数据，此时总线上的数据是0，那就采集到0， 如果是1，那就采集到1。

DS18B20的工作时序 再来看读操作，依然要读取0和1两种信号。先看时隙图

DS18B20的工作时序 首先，DS18B20无法主动向主机发送数据，只有当主 机告诉它我要读数据的时候才可以。因此，主机需要先向 DS18B20发出一个读数据之类的指令（例如读暂存器），然 后紧跟读时隙的操作。所有读时隙的操作不能超过60us，每 两个读时隙的操作之间，至少间隔1us的恢复时间。 主机拉低总线至少1us后，然后释放总线，将总线的控 制权交给DS18B20。此时DS18B20会通过拉高或拉低总线 的方式，传输数据1或0。从总线拉低开始算起，数据1或0的 有效时间为15us，因此主机必须在有效时间内对总线进行采 样。15us之后，无论数据是1是0，总线都维持高电平。

操作DS18B20的实例 这里使用外部电源供电，总线上挂载一个DS18B20，控制流程如 下： 1、初始化DS18B20； 2、发送命令0xCC，跳过读ROM； 3、发送命令0x44，DS18B20将当前温度转换为数据，存入暂存 器； 4、等待一段时间，复位DS18B20，重新初始化； 5、发送命令0xBE，告诉DS18B20，我要读取暂存器里面的数据； 6、进行读操作，将温度值读出、保存。 7、因为只需要读暂存器的前两位，温度读出后，发出 480us~960us的低电平，复位DS18B20。

操作DS18B20的实例 为什么第3步执行完，要重新初始化，直接跳到第5步行么？ 答案是：不行。首先，前面提到了DS18B20的控制顺序：1、 初始化；2、ROM指令；3、功能指令。所以每个ROM指令 后面只能跟一个功能指令，如果再想发送ROM指令的话，那 就重新初始化DS18B20。 其次，为什么第4步里面先进行了一个延时，然后才是重新 初始化？就像PCF8591进行AD转换一样，DS18B20转换温 度也是需要一定时间的，不可能指令刚发过来，数据马上就 能传送回去。所以，需要给出一定的时间，让DS18B20完成 转换。

操作DS18B20的实例 如何确保转换完成？两种方法： 1、如果是外部电源供电模式，当转换指令发送完毕后， 可以检测总线的电平，如果为低电平，说明转换过程正在进 行；如果为高电平，说明转换过程已经完成。 2、也是下面这段程序使用的方法，不去判断，给出一 个足够长的延时让它处理，然后去读数据就完了。 任务如下：DS18B20外部供电，温度精度默认12位， 数据脚接到单片机P3.7脚，每隔一秒单片机读取当前温度值， 然后通过UART口传到串口助手上。