资讯详情

atmega16应用之DS18B20温度传感器

DS18B20

全称是单总线数字温度传感器,即只有一条通信线,非常经济I/O端口。

单总线的特点

在这里插入图片描述

DS18B20的特点

DS18B20 单线数字温度传感器,即一线设备,具有独特的优点: (1 )采用单总线接口法 与微处理器连接时 微处理器和 DS18B20 双向通信。 单总线具有经济性好、抗干扰能力强、现场温度测量适用于恶劣环境、使用方便等优点,使用户能够轻松构建传感器网络,引入测量系统构建的新概念。 ( 2 )测量温度范围宽,测量精度高 DS18B20 测量范围为 -55 ℃ ~ 125 ℃ ; 在 -10~ 85°C 精度在范围内 ± 0.5°C 。 ( 3 )使用中不需要任何外围元件。 ( 4 )持有多点组网功能 多个 DS18B20 可并联在唯一的单线上,实现多点测温。 ( 5 )灵活的供电方式 DS18B20 数据线上可以通过内部寄生电路获取电源。因此,当数据线上的时间顺序满足一定的要求时,可以不连接外部电源 使系统结构更简单,可靠性更高。 ( 6 )可配置测量参数 DS18B20 通过程序设置测量分辨率 9~12 位。 ( 7 ) 负压特性 当电源极性反转时,温度计不会因发热而燃烧,但不能正常工作。 ( 8 )掉电保护功能 DS18B20 内部含有 EEPROM ,系统断电后,仍能保存分辨率和报警温度的设定值。 DS18B20 包装方体积小、适用电压宽、经济、可选包装方小,电压适用范围更广,适合建立自己经济的温度测量系统,受到设计师的青睐。

DS18B20内部结构

主要由四部分组成:64 位ROM、温度传感器、非挥发性温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。ROM64位序列号出厂前用光刻制,可视为 是该DS18B20地址序列码,每个DS18B2064位序列号不同。ROM循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X^4+1)。 ROM它的作用是让每一个DS18B20都不一样,这样一条总线就可以挂多个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外部电源输入端

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、非挥发性温度报警触发器 TH 和 TL 、配置寄存器。 光刻 ROM 中的 64 出厂前用光刻序列号,可视为 DS18B20 地址序列码。 64 位光刻 ROM 安排是:开始 8 位(地址: 28H )是产品类型标号,然后是 48 位是该 DS18B20 自己的序列号,每个序列号 DS18B20 序列号不同,所以可以看作是应该 DS18B20 地址序列码;最后 8 位则是前面 56 位置循环冗余校验码( CRC=X8 X5 X4 1 )。由于每一个 DS18B20 的 ROM 数据是不同的,所以微控制器可以通过单总线对多个 DS18B20 寻址,实现一条总线上多个挂接 DS18B20 的目的。

DS18B20中的温度传感器以16位二进制的形式完成温度测量,其中S为符号位。 例 如+125℃07的数字输出D0H (正温度 直接将16进制数转换为10进制,即获得温度值 ) -55℃数字输出为 FC90H。 (负温度 将获得的16进制数 取反后 加1 再转为10进制数) 配置寄存器的格式如下: 低五位一直都是"1",TM用于设置测试模式位DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时,该位置设置为0,用户不得更改。R1和R0用于设置分辨率,如下图所示:(DS18B20出厂时设置为12位。

内存与分辨率的关系

高速临时存储器由9个字节组成。当温度转换命令发布时,转换获得的温度值以二字节补码的形式存储在高速临时存储器的第0和第1个字节中。单片机可以通过单线接口读取数据。读取时,相应的温度计算:当符号位置时S=0时,二进制位直接转换为十进制;当S=一、先将补码变成原码,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。如果没有低电平,总是高电平,说明总线上没有设备响应。 作为从器件DS18B20一上电,就一直在检测总线上是否有480-960微秒的低电平。如果是这样,在总线转换为高电平后,等待15-60微秒,然后将总线电平降低60-240微秒,以响应脉冲,并告诉主机本设备已准备好。如果没有检测到,一直在等待检测

对DS18B写读操作20

接下来,主机发出各种操作命令,但各种操作命令都是向前的DS18B由20写0和写1组成的命令字节在接收数据时也是从DS18B读0或1的过程。所以首先要搞清楚主机是怎么写0、写1、读0、读1的。 写作周期至少为60微秒,最长不超过120微秒。在写作周期开始时,作为主机,将总线降低1微秒,表示写作周期开始。然后,如果主机想写0,继续降低电平至少60微秒,直到写作周期结束,然后将总线释放为高电平。如果主机想写1,请在开始时写1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

标签: ds18b20温度传感器参数

锐单商城拥有海量元器件数据手册IC替代型号,打造 电子元器件IC百科大全!

锐单商城 - 一站式电子元器件采购平台