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DS18B20原理 傳感器參數(shù) 測(cè)溫范圍為-55℃到+125℃，在-10℃到+85℃范圍內(nèi)誤差為±0.4° 返回16位二進(jìn)制溫度數(shù)值 主機(jī)和從機(jī)通信使用單總線，即使用單線進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收 在使用中不需要任何外圍元件，獨(dú)立芯片即可完成工作 掉電保護(hù)功能 DS18B20 內(nèi)部含有 EEPROM ，通過(guò)配置寄存器可以設(shè)定數(shù)字轉(zhuǎn)換精度和報(bào)警溫度，在系統(tǒng)掉電以后，它仍可保存分辨率及報(bào)警溫度的設(shè)定值 每個(gè)DS18B20都有獨(dú)立唯一的64位-ID，此特性決定了它可以將任意多的DS18b20掛載到一根總線上，通過(guò)ROM搜索讀取相應(yīng)DS18B20的溫度值 寬電壓供電，電壓2.5V~5.5V DS18B20 返回的16位二進(jìn)制數(shù)代表此刻探測(cè)的溫度值，其高五位代表正負(fù)。如果高五位全部為1，則代表返回的溫度值為負(fù)值。如果高五位全部為0，則代表返回的溫度值 為正值。后面的11位數(shù)據(jù)代表溫度的絕對(duì)值，將其轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)值之后，再乘以0.0625即可獲得此時(shí)的溫度值 傳感器引腳及原理圖DS18B20傳感器的引腳及封裝圖如下: DS18B20一共有三個(gè)引腳，分別是： GND：電源地線 DQ：數(shù)字信號(hào)輸入／輸出端 VDD：外接供電電源輸入端
單個(gè)DS18B20接線方式：VDD接到電源，DQ接單片機(jī)引腳，同時(shí)外加上拉電阻，GND接地。 注意這個(gè)上拉電阻是必須的，就是DQ引腳必須要一個(gè)上拉電阻。 DS18B20上拉電阻首先來(lái)看一下什么是場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET），如下圖。
場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制型元器件，只要對(duì)柵極施加一定電壓，DS就會(huì)導(dǎo)通。 漏極開(kāi)路：MOS管的柵極G和輸入連接，源極S接公共端，漏極D懸空（開(kāi)路）什么也沒(méi)有接，直接輸出 ，這時(shí)只能輸出低電平和高阻態(tài)，不能輸出高電平。 那么這個(gè)時(shí)候會(huì)出現(xiàn)三種情況： 下圖a為正常輸出（內(nèi)有上拉電阻）：場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)，輸出低電位輸出低電位，截止時(shí)輸出高電位 下圖b為漏極開(kāi)路輸出，外接上拉電阻：場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)，驅(qū)動(dòng)電流是從外部的VCC流經(jīng)電阻通過(guò)MOSFET到GND，輸出低電位，截止時(shí)輸出高電位 下圖c為漏極開(kāi)路輸出，無(wú)外接上拉電阻：場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)輸出低電位，截止呈高阻態(tài)(斷開(kāi))
總結(jié)一下： 開(kāi)漏輸出只能輸出低電平，不能輸出高電平。漏極開(kāi)路輸出高電平時(shí)必須在輸出端與正電源（VCC）間外接一個(gè)上拉電阻。否則只能輸出高阻態(tài)。 DS18B20 是單線通信，即接收和發(fā)送都是這個(gè)通信腳進(jìn)行的。其接收數(shù)據(jù)時(shí)為高電阻輸入，其發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)是開(kāi)漏輸出，本身不具有輸出高電平的能力，即輸出0時(shí)通過(guò)MOS 下拉為低電平，而輸出1時(shí)，則為高阻，需要外接上拉電阻將其拉為高電平。因此，需要外接上拉電阻，否則無(wú)法輸出1。 外接上拉電阻阻值： DS18B20的工作電流約為1mA，VCC一般為5V，則電阻R=5V/1mA=5KΩ，所以正常選擇4.7K電阻，或者相近的電阻值。 DS18B20寄生電源 DS18B20的另一個(gè)特點(diǎn)是不需要再外部供電下即可工作。當(dāng)總線高電平時(shí)能量由單線上拉電阻經(jīng)過(guò)DQ引腳獲得。高電平同時(shí)充電一個(gè)內(nèi)部電容，當(dāng)總線低電平時(shí)由此電容供應(yīng)能量。這種供電方法被稱為“寄生電源”。另外一種選擇是DSl8B20由接在VDD的外部電源供電。
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(chǔ)器 64位ROM存儲(chǔ)獨(dú)有的序列號(hào)，ROM中的64位序列號(hào)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(gè)DS18B20的64位序列號(hào)均不相同。這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。 高速暫存器包含： 溫度傳感器 一個(gè)字節(jié)的溫度上限和溫度下限報(bào)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(duì)應(yīng)著溫度的分辨率為：0.5°C，0.25°C，0.125°C，0.0625°C，默認(rèn)為12位分辨率 存儲(chǔ)器：由一個(gè)高速的RAM和一個(gè)可擦除的EEPROM組成，EEPROM存儲(chǔ)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(chǔ)低溫和高溫報(bào)警值以及溫度分辨率)
DS18B20溫度讀取與計(jì)算 DS18B20采用16位補(bǔ)碼的形式來(lái)存儲(chǔ)溫度數(shù)據(jù)，溫度是攝氏度。當(dāng)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(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。 高字節(jié)的五個(gè)S為符號(hào)位，溫度為正值時(shí)S=1,溫度為負(fù)值時(shí)S=0。 剩下的11位為溫度數(shù)據(jù)位，對(duì)于12位分辨率，所有位全部有效，對(duì)于11位分辨率，位0(bit0)無(wú)定義，對(duì)于10位分辨率，位0和位1無(wú)定義,對(duì)于9位分辨率，位0，位1，和位2無(wú)定義。
對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算： 當(dāng)五個(gè)符號(hào)位S=0時(shí)，溫度為正值，直接將后面的11位二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，再乘以0.0625(12位分辨率)，就可以得到溫度值。 當(dāng)五個(gè)符號(hào)位S=1時(shí)，溫度為負(fù)值，先將后面的11位二進(jìn)制補(bǔ)碼變?yōu)樵a(符號(hào)位不變，數(shù)值位取反后加1)，再計(jì)算十進(jìn)制值。再乘以0.0625(12位分辨率)，就可以得到溫度值。 舉兩個(gè)例子： 數(shù)字輸出07D0(00000111 11010000)，轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制是2000，對(duì)應(yīng)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(jìn)制是870，對(duì)應(yīng)攝氏度：-0.0625x870=-55°C 溫度對(duì)應(yīng)表如下：
 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(wèn)每個(gè)DS18B20，搜索64位序列號(hào)，讀取匹配的序列號(hào)值，然后匹配對(duì)應(yīng)的DS18B20，如果我們僅僅使用單個(gè)DS18B20，可以直接跳過(guò)ROM指令。而跳過(guò)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(duì)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(kāi)始也需要檢測(cè)這條總線上是否存在 DS18B20這個(gè)器件。如果這條總線上存在DS18B20，總線會(huì)根據(jù)時(shí)序要求返回一個(gè)低電平脈沖，如果不存在的話，也就不會(huì)返回脈沖，即總線保持為高 電平。 初始化具體時(shí)序步驟如下: 單片機(jī)拉低總線至少480us，產(chǎn)生復(fù)位脈沖，然后釋放總線（拉高電平） 這時(shí)DS8B20檢測(cè)到請(qǐng)求之后，會(huì)拉低信號(hào)，大約60~240us表示應(yīng)答 DS8B20拉低電平的60~240us之間，單片機(jī)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(huì)釋放總線
  采用多個(gè)DS18B20時(shí)，需要寫(xiě)ROM指令來(lái)控制總線上的某個(gè)DS18B20。如果是單個(gè)DS18B20，直接寫(xiě)跳過(guò)ROM指令0xCC即可。DS18B20寫(xiě)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(kāi)啟溫度讀取轉(zhuǎn)換，讀取好的溫度會(huì)存儲(chǔ)在高速暫存器的第0個(gè)和第一個(gè)字節(jié)中。另一個(gè)常用的是讀取溫度指令，讀取高速暫存器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
讀時(shí)序讀時(shí)隙由主機(jī)拉低總線電平至少1μs然后再釋放總線，讀取DS18B20發(fā)送過(guò)來(lái)的1或者0。 DS18B20在檢測(cè)到總線被拉低1微秒后，便開(kāi)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(shí)隙必須至少需要60us，且在兩次獨(dú)立的時(shí)隙之間至少需要1ps的恢復(fù)時(shí)間。 同時(shí)注意：主機(jī)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(shí)隙指令，DS18B20才能向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)。也就是先發(fā)讀取指令，再發(fā)送讀時(shí)隙。 最后一點(diǎn)：寫(xiě)時(shí)序注意是先寫(xiě)命令的低字節(jié)，比如寫(xiě)入跳過(guò)ROM指令0xCC(11001100),寫(xiě)的順序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹”。 讀時(shí)序時(shí)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(gè)字節(jié)(溫度的低8位)，在讀取高速暫存器的第1個(gè)字節(jié)(溫度的高8位) 我們正常使用DS18B20讀取溫度讀取兩個(gè)溫度字節(jié)即可。
單片機(jī)源程序如下:
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