51单片机温度传感器DS18B20

实现功能

插上DS18B20温度传感器，数码管显示检测的温度值

单片机型号：STC89C52

DS18B20介绍

1、DS18B20简介

DS18B20 是由 DALLAS 半导体公司推出的一种的“一线总线（单总线）”接口的温度传感器。与传统的热敏电阻等测温元件相比，它是一种新型的体积小、 适用电压宽、与微处理器接口简单的数字化温度传感器。

2、DS18B20内部结构

DS18B20 温度传感器的内部存储器包括一个高速的暂存器 RAM 和一个非易 失性的可电擦除的EEPROM,后者存放高温度和低温度触发器 TH、TL 和配置寄存器。 配置寄存器是配置不同的位数来确定温度和数字的转化，配置寄存器结构如下：

低五位一直都是"1"，TM 是测试模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还 是在测试模式。在 DS18B20 出厂时该位被设置为 0，用户不需要去改动。R1 和 R0 用来设置 DS18B20 的精度（分辨率），可设置为 9，10，11 或 12 位，对应的分辨率温度是 0.5℃，0.25℃，0.125℃和 0.0625℃。R0 和 R1 配置如下 图：

当温度转换命令（44H）发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第 0 和第 1 个字节。存储的两个字节，高字节的前 5 位是符号位 S，单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后， 数据格式如下：

如果测得的温度大于 0，这 5 位为‘ 0’，只要将测到的数值乘以 0.0625 （默认精度是 12 位）即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为‘ 1’， 测到的数值需要取反加 1 再乘以 0.0625 即可得到实际温度。温度与数据对应关系如下：

比如我们要计算+85 度，数据输出十六进制是 0X0550，因为高字节的高 5 位为 0，表明检测的温度是正温度，0X0550 对应的十进制为 1360，将这个值乘以12 位精度 0.0625，所以可以得到+85 度。

3、信号时序

由于 DS18B20 是单总线器件，所有的单总线器件都要求采用严格的信号时序，以保证 数据的 完整性。DS18B20 时序包括如下几种：初始化时序、写（0 和 1）时序、 读（0 和 1）时序。 DS18B20 发送所有的命令和数据都是字节的低位在前。这里我们 简单介绍这几个信号的时序：

（1）初始化时序

单总线上的所有通信都是以初始化序列开始。主机输出低电平，保持低电平时间至少 480us（该时间的时间范围可以从 480 到 960 微妙），以产生复位脉冲。接着主机释放总线，外部的上拉电阻将单总线拉高，延时 15～60 us，并进入接收模式。接着 DS18B20 拉低总线 60~240 us，以产生低电平应答脉冲，若为低电平，还要做延时，其延时的时间从外部上拉电阻将单总线拉高算起最少要480 微妙。初始化时序图如下：

（2）写时序

写时序包括写 0 时序和写 1 时序。所有写时序至少需要 60us，且在 2 次独立的写时序之间至少需要 1us 的恢复时间，两种写时序均起始于主机拉低总线。写 1 时序：主机输出低电平，延时 2us，然后释放总线，延时 60us。写 0 时序：主机输出低电平，延时 60us，然后释放总线，延时 2us。写时序图如下：

（3）读时序

单总线器件仅在主机发出读时序时，才向主机传输数据，所以，在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时序，以便从机能够传输数据。所有读时序至少需要 60us，且在 2 次独立的读时序之间至少需要 1us 的恢复时间。每个读时序都由主机发起，至少拉低总线 1us。主机在读时序期间必须释放总线，并且在时序起始后的 15us 之内采样总线状态。读时序图如下：

典型的读时序过程为：主机输出低电平延时 2us，然后主机转入输入模式延 时 12us，然后读取单总线当前的电平，然后延时 50us。 296 在了解了单总线时序之后，我们来看看 DS18B20 的典型温度读取过程， DS18B20 的典型温度读取过程为：复位→发 SKIP ROM 命令（0XCC）→发开始转 换命令（0X44）→延时→复位→发送 SKIP ROM 命令（0XCC）→发读存储器命令 （0XBE）→连续读出两个字节数据(即温度)→结束。

硬件原理

从上图可以看出，传感器接口的单总线管脚接至单片机 P3.7 IO 口上，在介绍单总线的时候我们说过，为了让单总线默认为高电平，通常会在单总线上接上拉电阻，在图中并没有看到有上拉电阻，这是因为单片机 IO 都外接了 10K 上拉 电阻，当单片机 IO 口连接到传感器的总线管脚时即相当于它们外接上拉电阻， 所以此处可以省去。

软件编写

程序框架如下：

• 编写数码管显示功能
• 编写 DS18B20 读取温度功能
• 编写主函数

#include <REGX52.H>
#include <intrins.h>

//数码管管脚定义
#define LED	P0    

//定义数码管位选信号控制脚
sbit LSA=P2^2;
sbit LSB=P2^3;
sbit LSC=P2^4;

//DS18B20管脚定义
sbit DS18B20_PORT=P3^7;

//共阴极数码管显示0~F的段码数据
unsigned char Smg[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};

//延迟函数
void Delay(unsigned char x)
{
	while(x--);
}

//数码管显示函数
void Smg_Display(unsigned char Data[],unsigned char Location)
{
	unsigned char i=0;
	unsigned char temp=Location-1;
	
	for(i=temp;i<8;i++)
	{
	   	switch(i)  //位选
		{
			case 0: LSC=1;LSB=1;LSA=1;break;
			case 1: LSC=1;LSB=1;LSA=0;break;
			case 2: LSC=1;LSB=0;LSA=1;break;
			case 3: LSC=1;LSB=0;LSA=0;break;
			case 4: LSC=0;LSB=1;LSA=1;break;
			case 5: LSC=0;LSB=1;LSA=0;break;
			case 6: LSC=0;LSB=0;LSA=1;break;
			case 7: LSC=0;LSB=0;LSA=0;break;
		}
		LED=Data[i-temp];   //传送段选数据
		Delay(100);         //延时一段时间，等待显示稳定
		LED=0x00;           //消影
	}	
}

//初始化时序
unsigned char DS18B20_Init()
{
	//复位DS18B20
	DS18B20_PORT=0;   //拉低DQ
	Delay(75);        //拉低 750us
	DS18B20_PORT=1;   //拉高DQ
	Delay(2);         //拉高 20us
	
	//检测DS18B20是否存在
	unsigned char time=0;
	while((DS18B20_PORT==1)&&(time<20))  //等待 DQ 为低电平
	{   
		time++;
		Delay(1);
	}
	if(time>=20)  //如超时则强制返回
		return 0;
	else
		time=0;
	
	while((DS18B20_PORT==0)&&(time<20))  //等待 DQ 为高电平
	{
		time++;
		Delay(1);
	}
	if(time>=20)   //如超时则强制返回
		return 0;
	else 
		return 1;
}

//写时序
void DS18B20_Write_Byte(unsigned char Data)
{
	unsigned char i;
	unsigned char temp;
	
	for(i=0;i<8;i++)      //循环8次，每次写一位，且先写低位再写高位
	{
		temp=Data&0x01;   //选择低位准备写入
		Data>>=1;         //将次高位移到低位
		
		if(temp==1)       //写 1 时序
		{   
			DS18B20_PORT=0;
			_nop_();      //延时 1us
			_nop_();
			DS18B20_PORT=1;
			Delay(6);
		}
		else              //写 0 时序
		{
			DS18B20_PORT=0;
			Delay(6);
			DS18B20_PORT=1;
			_nop_();
			_nop_();
		}
	}
}

//读时序
unsigned char DS18B20_Read_Byte()
{
	unsigned char i;
	unsigned char dat=0;
	unsigned char Data=0;
	
	for(i=0;i<8;i++)        //循环8次，每次读取一位，且先写低位再写高位
	{
		DS18B20_PORT=0;     //先拉低电平
		_nop_();
		_nop_();
		DS18B20_PORT=1;	    //再释放总线
		_nop_();
		_nop_(); 
		//该段时间不能过长，必须在 15us 内读取数据
		if(DS18B20_PORT==1) //如果总线上为 1 则数据为 1，否则为 0
			dat=1;
		else
			dat=0;
		Delay(5);
		Data=(dat<<7)|(Data>>1);   //将读取的数字合在一起
	}
	return Data;
}

//获取温度值
float DS18B20_Read_Temperture()
{
	float temp;                 //存储温度值
	unsigned char DataH=0;      //存储低字节
	unsigned char DataL=0;      //存储高字节
	unsigned int value=0;
	
	DS18B20_Init();             //复位
	DS18B20_Write_Byte(0xcc);   //发 SKIP ROM 命令(0XCC)
	DS18B20_Write_Byte(0x44);   //发开始转换命令(0x44)
	                            //延时（可有可无）
	DS18B20_Init();             //复位
	DS18B20_Write_Byte(0xcc);   //发 SKIP ROM 命令(0XCC)
	DS18B20_Write_Byte(0xBE);   //发读存储器命令(0xBE)
	                            //连续读出两个字节数据(即温度)
	DataL=DS18B20_Read_Byte();  //低字节
	DataH=DS18B20_Read_Byte();  //高字节
	
	value=(DataH<<8)+DataL;     //合并为16位数据
	
	if((value&0xf800)==0xf800)  //判断符号位  负温度
	{
		value=(~value)+1;       //取反加一，因为是以反码形式存储
		temp=value*(-0.0625);   //乘以精度
	}
	else                        //正温度
		temp=value*0.0625;
	return temp;	
}

void main()
{
	int value;
	unsigned char i=0;
	unsigned char buf[5];
	
	DS18B20_Init();    //初始化 DS18B20
	
	while(1)
	{
		i++;
		if(i%50==0)    //间隔一段时间读取温度值，间隔时间要大于温度传感器转换温度时间
			value=DS18B20_Read_Temperture()*10;   //保留温度值小数后一位
		if(value<0)    //负温度
		{
			value=-value;
			buf[0]=0x40;    //显示负号
		}
		else
			buf[0]=0x00;    //不显示
		
		buf[1]=Smg[value/1000];              //百位
		buf[2]=Smg[value%1000/100];          //十位
		buf[3]=Smg[value%1000%100/10]|0x80;  //个位+小数点
		buf[4]=Smg[value%1000%100%10];       //小数点后一位
		Smg_Display(buf,4);
	}	
}