DS18B20 - 温湿度监测模块

芯片介绍

基础介绍\引脚介绍

DS18B20是单总线协议的典型代表，同时也是单总线协议最广泛的应用场景，是常用的数字温度传感器，其输出的是数字信号。具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合。

DS18B20 的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。在讲解其工作流程之前我们有必要了解 18B20 的内部存储器资源。 18B20 共有三种形态的存储器资源，它们分别是：ROM 只读存储器，用于存放 DS18B20ID 编码，其前 8 位是单线系列编码（DS18B20 的编码是 19H），后面 48 位是芯片唯一的序列号，最后 8 位是以上 56 的位的 CRC 码（冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改。
DS18B20 共 64 位 ROM。RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20 共9 个字节 RAM，每个字节为 8 位：

第 1、 2 个字节是温度转换后的数据值信息，
第 3、 4 个字节是用户 EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。
第 5 个字节则是用户第 3 个 EEPROM的镜像。
第 6、 7、 8 个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。
第 9 个字节为前 8 个字节的 CRC 码。

RAM内容如下图，最常用为前两个字节数据，其余数据由于操作方式没有直接在控制端操控方便，一般很少使用。

EEPROM 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20 共 3 位 EEPROM，并在 RAM 都存在镜像，以方便用户操作。

其引脚图如下：

DS18B20仅有三根引脚，其中一根接电源，一根接地，即其仅使用一根引脚用于数据命令等的传输，由于没有时钟线，其为异步传输，对传输时序要求极高。

DQ：DS18B20传输线，采用单总线，详见协议使用笔记单总线章节

操作控制流程

每次通信必须经过如下步骤，且对时序有较高要求，延时部分需使用滴答定时器等进行精准延时。

1.复位：单片机拉低DQ线至少480us，DS18B20接收到信号后会在15 - 60us内发送存在脉冲。

2.存在脉冲：复位信号结束后，应将DQ线拉高以接收存在脉冲，该脉冲为一个60 - 240us的低电平

3.发送ROM指令：共有五条指令可供发送，每条指令为8位数据，每个周期仅可发送一条。五条指令如下：

读ROM数据：33H
指定匹配芯片：55H
跳跃ROM：CCH
芯片搜索：F0H
报警芯片搜索：ECH

若不需要对ROM进行操作，则可使用跳跃ROM指令跳过该阶段。

4.发送存储器操作指令：共有六条指令可供发送，每条指令为8位数据，每个周期仅可发送一条。指令如下：

写RAM数据：4EH
读RAM数据：BEH
温度转换：44H
将RAM数据复制到EEPROM：48H
将EEPROM警报值复制到RAM：B8H
工作方式切换：B4H

5.执行或数据读写：在此将会进行数据的读写或指令执行，由以上命令确定。若执行转换指令，则需要等待500us左右的转换时间，若执行读写指令，则需要根据DS18B20时序要求进行读写。

时序介绍

复位应答时序

写时间隙时序

写时间隙由控制端将总线拉低15us左右，后在其低电平状态下进行控制，若要发送1则在拉低后将总线拉高15 - 45us

若要发送0则保持该低电平15 - 45us，尔后将总线重新拉高。

注意：单bit的发送时间应在60 - 120us内，否则将不能进行通信。

读时间隙时序

读时间隙需要先由控制端拉低总线1us左右，并释放总线，在释放后的15us中，从机接管总线并发送数据，此时高电平表示1，低电平表示0，每一个bit的读取都需要先由总线拉低总线1us。

注意：字节的读写由低位开始，由高位结束。

读取数据

读取一次温度信息的步骤：

发送复位信号 --> 检测回应信号 --> 发送0xCC --> 发送0x44 --> 发送复位信号 --> 检测回应信号 --> 写0xCC --> 写0xBE --> 循环 8 次读取温度低字节 --> 循环 8 次读取温度高字节

其它操作与此类似，不做过多介绍。

代码示例

变量介绍

DS18B20_OUTPUT()     //设置为输出模式
DS18B20_DQ_OUT          //DQ线输出
DS18B20_INPUT()         //设置为输入模式
DS18B20_DQ_IN           //DQ线输入

读数据（从DS18B20读）

u8 DS18B20_Read_Byte(void)
{u8 i, rxData = 0;DS18B20_DQ_OUT = 1;         //DQ输出为高for(i=0; i<8; i++){DS18B20_OUTPUT();      //设置为输出模式DS18B20_DQ_OUT = 0;   //拉低总线（释放总线）delayUs(5);               //等待1us以上DS18B20_INPUT();       //切换为输入模式delayUs(10);if(DS18B20_DQ_IN) rxData |= 1<<i;   //此时总线电平已改变，判断电平delayUs(40);DS18B20_DQ_OUT = 1;     //接管总线，等待下一次释放delayUs(5);}return rxData;
}

写数据（从DS18B20写）

void DS18B20_Write_Byte(u8 txData)
{u8 i;DS18B20_OUTPUT();             //设置为输出模式for(i=0; i<8; i++){if(txData & 0x01)         //低位先发{DS18B20_DQ_OUT = 0;   //拉低总线delayUs(5);        DS18B20_DQ_OUT = 1;   //该位为高，拉高总线，延时delayUs(55);  }else {DS18B20_DQ_OUT = 0;  //拉低总线delayUs(5);delayUs(55);      //该位为低，保持总线低，延时DS18B20_DQ_OUT = 1;  //重新拉高，等待下一次}txData >>= 1;}
}

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