DS18B20的硬件連接及軟件編程

1、DS18B20的硬件連接及軟件編程 周月霞孫傳海 摘要：DS18B20是一種可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器，根據(jù)單總線獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，它可以使用戶 輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，并可使多點(diǎn)溫度測量電路變得簡單、可靠。本文主要介紹了 DS18B20的硬件連接及軟件編程。關(guān)鍵詞:DS18B20、可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器一、刖言集成式數(shù)字溫度傳感器DS1820的出現(xiàn)開辟了溫度傳感器技術(shù)的新領(lǐng)域，它利用單總線的特 點(diǎn)可以方便的實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的測量。而可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器DS18B20則是DS1820的 更新產(chǎn)品，它在電壓、特性及封裝方面都具有優(yōu)勢，給了用戶更多的選擇，讓用戶可以更方 便的構(gòu)建適合自己的測溫系統(tǒng)。DS18B2

2、0充分利用了單總線的獨(dú)特特點(diǎn)，可以輕松的組建 傳感器網(wǎng)絡(luò)，提高系統(tǒng)的抗干擾性，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便，而且適合于在惡劣的環(huán)境 下進(jìn)行現(xiàn)場溫度測量。二、DS18B20 簡介GHD地D 浪施軸7輸由可選電源HC園m ncIS182O F E叮|O1b | ireT i；HB(b)頸e濮DS1SB2O的苜腳排列DS18B20是美國DALLAS公司最新推出的一 種可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器，與DS1820相同， DS18B20也能夠直接讀取被測物體的溫度值。 但是與DS1820相比，DS18B20的功能更強(qiáng)大 些。它體積小，電壓適用范圍寬(3V5V)， 用戶還可以通過編程實(shí)現(xiàn)912位的溫度讀 數(shù)，即具有可

3、調(diào)的溫度分辨率，因此它的實(shí)用 性和可靠性比同類產(chǎn)品更高。另外，DS18B20 有多種封裝可選，如TO-92、SOIC及CSP封 裝。圖1即為DS18B20的管腳排列圖。 由圖1可見，DS18B20只有一個數(shù)據(jù)輸入/輸 出口，屬于單總線專用芯片之一。DS18B20 工作時被測溫度值直接以“單總線”的數(shù)字方 式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。其內(nèi) 部采用在板溫度測量專利技術(shù)，測量范圍為 -55C+125C，在-10C+85C時，精度為 0.5C。每個DS18B20在出廠時都已具有唯 一的64位序列號，因此一條總線上可以同時 掛接多個DS18B20，而不會出現(xiàn)混亂現(xiàn)象。 另外用戶還可自設(shè)定非易失性

4、溫度報警上下 限值TH和TL (掉電后依然保存)。DS18B20 在完成溫度變換后，所測溫度值將自動與貯存 在TH和TL內(nèi)的觸發(fā)值相比較，如果測溫結(jié) 果高于TH或低于TL，DS18B20內(nèi)部的告警 標(biāo)志就會被置位，表示溫值超出了測量范圍， 同時還有報警搜索命令識別出溫度超限的 DS18B20O 圖2為DS18B20的內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)圖，它包 括一個暫存RAM和一個非易失性電可擦除 (E2) RAMo其中暫存存儲器作用是在單線通信時確保數(shù) 據(jù)的完整性，它包括8個字節(jié)，頭兩個字節(jié)表 示測得的溫度讀數(shù)，數(shù)據(jù)格式如下：23222122-12-22-32-4MSB （單位：C） LSBSSSSS26252

5、4S=1時表示溫度為負(fù)，S=0時表示溫度為正，其余低位以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示，最低位為1 時表示0.0625C。溫度/數(shù)字對應(yīng)關(guān)系如表1所示。DS18B20內(nèi)部暫存存儲器的第5個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器，它主要用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換 分辨率。字節(jié)結(jié)構(gòu)如下：0R1R011111MSBLSB其中R1、R0用于設(shè)置分辨率，如表2所示。三、DS18B20的硬件連接(以51單片機(jī)為例)DS18B20與單片機(jī)的接口極其簡單，只需將DS18B20的信號線與單片機(jī)的一位雙向端口相 連即可。如圖3(a)所示。此時應(yīng)注意將VDD、DQ、GND三線焊接牢固。另外也可用兩個端口，即 接收口與發(fā)送口分開，這樣讀寫操作就分開了，

6、不會出現(xiàn)信號競爭的問題。如圖3(b)所示。此圖是采用寄生電源方式，將DS18B20的VDD與GND接在一起。如若 VDD脫開未接好，傳感器將只送+85.0 0的溫度值。一般測溫電纜線采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對接地線與信號線，另一對接VDD和地線， 屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。表1 DS18B20溫度/數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系表溫度(。輸出的二進(jìn)制碼對應(yīng)的十六進(jìn)制碼+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00010191H10.1250000 0000 1010 001000A2H0.50000

7、0000 0000 10000008H00000 0000 0000 00000000H-0.51111 1111 1111 1000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FF6FH-551111 1100 1001 0000FC90H表2 DS18B20分辨率設(shè)置表R1R0溫度分辨率最大轉(zhuǎn)換時 間009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms12位750ms四、DS18B20軟件編程1、DS18B20的工作過程DS18B20的工作遵循嚴(yán)格的單總線協(xié)議。主機(jī)首先發(fā)一復(fù)位脈沖，使信號線上所

8、有的DS18B20芯片都被復(fù)位，接著發(fā)送ROM操作命令，使序列號編碼匹配的DS18B20被激活，準(zhǔn)備接收下面的內(nèi)存訪問命令。內(nèi)存訪問命令控制選中的DS18B20的工作狀態(tài)，完成整個 溫度轉(zhuǎn)換、讀取等工作（單總線在ROM命令發(fā)送之前存儲命令和控制命令不起作用）。其工作流程圖如圖4所示。在對DS18B20進(jìn)行操作的整個過程中，主要包括三個關(guān)鍵過程: 主機(jī)搜索DS18B20序列號、啟動在線DS18B20作溫度轉(zhuǎn)換、讀取在線DS18B20溫度值。其中主機(jī)啟動溫度轉(zhuǎn)換并讀取溫度值的流程圖如圖5所示。+5VDS18E20DS18E20DS18E2080510三筋制方式8051P1.1DS18E20DS18

9、E20DS18E20（b）寄生電證方式 圖3 DS18B20軟件蝙程工作中系統(tǒng)對DS18B20的操作以ROM命令和存儲器命令形式出現(xiàn)。其中ROM操作命令均 為8位長，命令代碼分別為：讀ROM（33H）、匹配ROM（55H）、跳過ROM（CCH）、搜 索ROM（F0H）和告警搜索（ECH）命令。存儲器操作命令為：寫暫存存儲器（4EH）、 讀暫存存儲器（BEH）、復(fù)制暫存存儲器（48H）、溫度變換（44H）、重新調(diào)出EERAM（B8H） 和讀電源供電方式（B4H）命令。2、工作時序由于DS18B20的測溫分辨率提高了（ 12位），因此對時序及電特性參數(shù)要求較高，必須嚴(yán) 格按照DS18B20的時序要

10、求去操作。與DS1820相同，DS18B20數(shù)據(jù)的讀寫也是由主機(jī)讀 寫特定時間片來完成的，包括初始化、讀時間片和寫時間片。主機(jī)控制DS18B20完成任何操作之前必須先初始化，即主機(jī)發(fā)一復(fù)位脈沖（最短為480ms 的低電平），接著主機(jī)釋放總線進(jìn)入接收狀態(tài)，DS18B20在檢測到I/O引腳上的上升沿之后， 等待1560ms然后發(fā)出存在脈沖（60240ms的低電平）。時序圖如圖6所示。讀/寫時間片：寫時間片：將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號。在15ms之內(nèi)將所需寫的位送 到數(shù)據(jù)線上，在15ms到60ms之間對數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣，如果采樣為高電平，就寫1，如果 為低電平，寫0就發(fā)生。在開始另一個

11、寫周期前必須有1ms以上的高電平恢復(fù)期。時序圖 如圖7所示。讀時間片：主機(jī)將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平1ms以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產(chǎn) 生讀起始信號。主機(jī)在讀時間片下降沿之后15ms內(nèi)完成讀位。每個讀周期最短的持續(xù)期為 60ms，各個讀周期之間也必須有1ms以上的高電平恢復(fù)期。時序圖如圖7所示。3、基本子程序設(shè)計 DS18B20三個基 本子程序?yàn)椋?DS18B20初始化 程序、讀DS18B20 子程序、寫 DS18B20子程序。 分別設(shè)計如下：(1) DS18B20 的 初始化子程序(PSW.5=1 表示 DS18B20 PSW.5=0 存在) RESET :存在，表示不CLRP1.0

12、；發(fā)送復(fù)位脈 沖MOV R7,#32 ；延 時 500msLCALL DELAY15 SETB P1.0MOV R7,#4 ；等 待 60msLCALL DELAY15 CLR PSW.5 ； PSW.5=0JB P1.0,RET1 ； P1.0=1不存在，跳 轉(zhuǎn)SETB PSW.5 ；存 在 DS18B20 MOV R7,#28 LCALL DELAY15 RET1: RET 延時子程序(fOSC=12MHz) DELAY15: R6,#6 DEL151: R6,DEL151 DJNZ R7,DELAY15 ；延 時 R7*15 msRETMOVDJNZ（2）DS18B20 的讀子程序 RD

13、1820： CLR CMOV R1 ,#9MOV R0 , #TEMPLSB RD18201 : MOV R2 ,#8 RD18202 : SETB P1.0 NOPNOPCLR P1.0 ； 產(chǎn)生讀信號NOP NOP SETB P1.0 ； 準(zhǔn)備輸入數(shù)據(jù)MOV R7,#1 LCALL主Hl寫（f時暉DELAY15圖7讀寫時序圖DS蜓的采怦 MNTYPMiK況卜DS18B20 罪忤MIN TYPMAyRRC ARRC ADJNZ R2, RD18202 ；判一個字節(jié)是否讀完MOVX R0, A ；保存結(jié)果INC R0DJNZ R1,RD18201 ；判9個字節(jié)是否讀完RET（3）DS18B20的寫子程序WR1820： C