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
存儲器
64位ROM存儲獨有的序列號，ROM中的64位序列號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DS18B20的64位序列號均不相同。這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。
高速暫存器包含：
溫度傳感器
一個字節(jié)的溫度上限和溫度下限報警觸發(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，分別對應著溫度的分辨率為：0.5°C，0.25°C，0.125°C，0.0625°C，默認為12位分辨率
存儲器：由一個高速的RAM和一個可擦除的EEPROM組成，EEPROM存儲高溫和低溫觸發(fā)器(TH和TL)以及配置寄存器的值，(就是存儲低溫和高溫報警值以及溫度分辨率)
DS18B20溫度讀取與計算
DS18B20采用16位補碼的形式來存儲溫度數(shù)據(jù)，溫度是攝氏度。當溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。
高字節(jié)的五個S為符號位，溫度為正值時S=1,溫度為負值時S=0。
剩下的11位為溫度數(shù)據(jù)位，對于12位分辨率，所有位全部有效，對于11位分辨率，位0(bit0)無定義，對于10位分辨率，位0和位1無定義,對于9位分辨率，位0，位1，和位2無定義。
對應的溫度計算：
當五個符號位S=0時，溫度為正值，直接將后面的11位二進制轉(zhuǎn)換為十進制，再乘以0.0625(12位分辨率)，就可以得到溫度值。
當五個符號位S=1時，溫度為負值，先將后面的11位二進制補碼變?yōu)樵a(符號位不變，數(shù)值位取反后加1)，再計算十進制值。再乘以0.0625(12位分辨率)，就可以得到溫度值。
舉兩個例子：
數(shù)字輸出07D0(00000111 11010000)，轉(zhuǎn)換成10進制是2000，對應攝氏度：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進制是870，對應攝氏度：-0.0625x870=-55°C
溫度對應表如下：
上述例子，用C語言來實現(xiàn)的代碼，如下：
unsigned int Temp1,Temp2,Temperature; //Temp1低八位，Temp2高八位
unsigned char Minus Flag=0; //負溫度標志位
if(Temp2&0xFC)//判斷符號位是否為1
{
Minus Flag=l; //負溫度標志位置1
Temperature=((Temp2<<8)|Temp1); //高八位第八位進行整合
Temperature=((Temperature)+1); //講補碼轉(zhuǎn)換為原碼，求反，補1
Temperature*=0.0625;//求出十進制
}
else //溫度為正值
{
Minus Flag=0; //負溫度標志位置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，也就是訪問每個DS18B20，搜索64位序列號，讀取匹配的序列號值，然后匹配對應的DS18B20，如果我們僅僅使用單個DS18B20，可以直接跳過ROM指令。而跳過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，然后總線開始也需要檢測這條總線上是否存在DS18B20這個器件。如果這條總線上存在DS18B20，總線會根據(jù)時序要求返回一個低電平脈沖，如果不存在的話，也就不會返回脈沖，即總線保持為高電平。
初始化具體時序步驟如下:
單片機拉低總線至少480us，產(chǎn)生復位脈沖，然后釋放總線(拉高電平)
這時DS8B20檢測到請求之后，會拉低信號，大約60~240us表示應答
DS8B20拉低電平的60~240us之間，單片機讀取總線的電平，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復位
delay(4); //稍做延時
DQ = 0; //單片機將DQ拉低
delay(60); //精確延時，大于480us
DQ = 1; //拉高總線
delay(8);
x = DQ; //稍做延時后，如果x=0則初始化成功，x=1則初始化失敗
delay(4);
return x;
}
寫時序
總線控制器通過控制單總線高低電平持續(xù)時間從而把邏輯1或0寫DS18B20中。每次只傳輸1位數(shù)據(jù)。
單片機想要給DS18B20寫入一個0時，需要將單片機引腳拉低，保持低電平時間要在60~120us之間，然后釋放總線。
單片機想要給DS18B20寫入一個1時，需要將單片機引腳拉低，拉低時間需要大于1us，然后在15us內(nèi)拉高總線。
在寫時序起始后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寫入1;如果總線為低電平，則向DSl8B20寫入0。
注意：2次寫周期之間至少間隔1us。
DS18B20寫時序的代碼如下:
/*****寫一個字節(jié)*****/
void WriteOneChar(unsigned char dat)
{
unsigned char i=0;
for (i=8; i>0; i--)
{
DQ = 0;
DQ = dat&0x01; //與1按位與運算，dat最低位為1時DQ總線為1，dat最低位為0時DQ總線為0
delay(4);
DQ = 1;
dat>>=1;
}
delay(4);
}
采用多個DS18B20時，需要寫ROM指令來控制總線上的某個DS18B20。如果是單個DS18B20，直接寫跳過ROM指令0xCC即可。DS18B20寫入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，開啟溫度讀取轉(zhuǎn)換，讀取好的溫度會存儲在高速暫存器的第0個和第一個字節(jié)中。另一個常用的是讀取溫度指令，讀取高速暫存器存儲的數(shù)據(jù)。
讀時序
讀時隙由主機拉低總線電平至少1μs然后再釋放總線，讀取DS18B20發(fā)送過來的1或者0。
DS18B20在檢測到總線被拉低1微秒后，便開始送出數(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：所有讀時隙必須至少需要60us，且在兩次獨立的時隙之間至少需要1ps的恢復時間。
同時注意：主機只有在發(fā)送讀暫存器命令(0xBE)或讀電源類型命令(0xB4)后，立即生成讀時隙指令，DS18B20才能向主機傳送數(shù)據(jù)。也就是先發(fā)讀取指令，再發(fā)送讀時隙。
最后一點：寫時序注意是先寫命令的低字節(jié)，比如寫入跳過ROM指令0xCC(11001100),寫的順序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹”。
讀時序時是先讀低字節(jié)，在讀高字節(jié)，也就是先讀取高速暫存器的第0個字節(jié)(溫度的低8位)，在讀取高速暫存器的第1個字節(jié)(溫度的高8位) 我們正常使用DS18B20讀取溫度讀取兩個溫度字節(jié)即可。
STM32例程
DS18B20.c代碼：
#include "ds18b20.h"
#include "delay.h"
//復位DS18B20
void 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
//返回1:未檢測到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讀取一個位
//返回值：1/0
u8 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;
}
//寫一個字節(jié)到DS18B20
//dat：要寫入的字節(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 同時檢測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
}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DS18B20
short DS18B20_Get_Temp(void);//獲取溫度
void DS18B20_Start(void);//開始溫度轉(zhuǎn)換
void DS18B20_Write_Byte(u8 dat);//寫入一個字節(jié)
u8 DS18B20_Read_Byte(void);//讀出一個字節(jié)
u8 DS18B20_Read_Bit(void);//讀出一個位
u8 DS18B20_Check(void);//檢測是否存在DS18B20
void DS18B20_Rst(void);//復位DS18B20
#endif
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