ESP8266驱动DS18B20

1. ESP8266与DS18B20的硬件连接

DS18B20模块与ESP9266开发板的GPIO16引脚连接

2. DS18B20属性

2.1 DS18B2特点

DS18B20 单线数字温度传感器，即“一线器件”，其具有独特的优点：
①、采用单总线的接口方式与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。
②、测量温度范围宽，测量精度高 DS18B20 的测量范围为 -55 ℃ ~+ 125 ℃ ; 在 -10~+ 85° C 范围内，精度为 ± 0.5° C 。
③、在使用中不需要任何外围元件。
④、持多点组网功能多个 DS18B20 可以并联在惟一的单线上，实现多点测温。
⑤、方式灵活 DS18B20 可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高。
⑥、测量参数可配置 DS18B20 的测量分辨率可通过程序设定 9~12 位。
⑦、负压特性电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
⑧、掉电保护功能 DS18B20 内部含有 EEPROM ，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。
DS18B20 具有体积更小、适用电压更宽、更经济、可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围，适合于构建自己的经济的测温系统，因此也就被设计者们所青睐。

2.2 DS18B20 内部结构

主要由 4 部分组成： 64 位 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。 ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20 的地址序列码，每个 DS18B20 的 64 位序列号均不相同。 64 位 ROM 的排的循环冗余校验码(CRC=X^8+X5+X^4+1)。 ROM 的作用是使每一个 DS18B20 都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的。

2.3 DS18B20引脚排列

注意：DS18B20模块的DQ引脚要加上拉电阻

2.4 DS18B20 内部构成

高速暂存存储器由 9 个字节组成，当温度转换命令发布后，**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。**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，对应的温度计算：当符号位 S=0 时，直接将二进制位转换为十进制;当 S=1 时，先将补码变为原码，再计算十进制值。

其中第0和第1字节的数据保存方式为：

数据格式：

正温度直接把 16 进制数转成 10 进制即得到温度值
负温度把得到的 16 进制数取反后加 1 再转成 10 进制

2.5 DS18B20通信协议

2.5.1 初始化时序

描述：
主机首先发出一个 480-960 微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的 480 微秒时间内对总线进行检测，如果有低电平出现说明总线上有器件已做出应答。若无低电平出现一直都是高电平说明总线上无器件应答。
做为从器件的 DS18B20 在一上电后就一直在检测总线上是否有 480-960 微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待 15-60 微秒后将总线电平拉低 60-240 微秒做出响应存在脉冲，告诉主机本器件已做好准备。若没有检测到就一直在检测等待。

2.5.2 写操作

写周期最少为 60 微秒，最长不超过 120 微秒。写周期一开始做为主机先把总线拉低 1 微秒表示写周期开始。随后若主机想写 0，则继续拉低电平最少 60 微秒直至写周期结束，然后释放总线为高电平。若主机想写 1，在一开始拉低总线电平 1 微秒后就释放总线为高电平，一直到写周期结束。而做为从机的 DS18B20 则在检测到总线被拉底后等待 15 微秒然后从 15us 到 45us 开始对总线采样，在采样期内总线为高电平则为 1，若采样期内总线为低电平则为 0。

2.5.3 读操作

对于读数据操作时序也分为读 0 时序和读 1 时序两个过程。读时隙是从主机把单总线拉低之后，在 1 微秒之后就得释放单总线为高电平，以让 DS18B20 把数据传输到单总线上。 DS18B20 在检测到总线被拉低 1 微秒后，便开始送出数据，若是要送出 0 就把总线拉为低电平直到读周期结束。若要送出 1 则释放总线为高电平。主机在一开始拉低总线 1 微秒后释放总线，然后在包括前面的拉低总线电平 1 微秒在内的 15 微秒时间内完成对总线进行采样检测，采样期内总线为低电平则确认为 0。采样期内总线为高电平则确认为 1。完成一个读时序过程，至少需要 60us 才能完成。

2.6 DS18B20的ROM指令表

1. Read ROM（读 ROM） [33H] （方括号中的为 16 进制的命令字）
这个命令允许总线控制器读到 DS18B20 的 64 位 ROM。只有当总线上只存在一个 DS18B20 的时候才可以使用此指令，如果挂接不只一个，当通信时将会发生数据冲突。
2. atch ROM（指定匹配芯片） [55H]
这个指令后面紧跟着由控制器发出了 64 位序列号，当总线上有多只 DS18B20 时，只有与控制发出的序列号相同的芯片才可以做出反应，其它芯片将等待下一次复位。这条指令适应单芯片和多芯片挂接。
3. Skip ROM（跳跃 ROM 指令） [CCH]
这条指令使芯片不对 ROM 编码做出反应，在单总线的情况之下，为了节省时间则可以选用此指令。如果在多芯片挂接时使用此指令将会出现数据冲突，导致错误出现。
4. Search ROM（搜索芯片） [F0H]
在芯片初始化后，搜索指令允许总线上挂接多芯片时用排除法识别所有器件的 64 位 ROM。
5. Alarm Search（报警芯片搜索） [ECH]
在多芯片挂接的情况下，报警芯片搜索指令只对附合温度高于 TH 或小于 TL 报警条件的芯片做出反应。只要芯片不掉电，报警状态将被保持，直到再一次测得温度什达不到报警条件为止。
6. DS28B20 芯片存储器操作指令表：Write Scratchpad （向 RAM 中写数据） [4EH]
这是向 RAM 中写入数据的指令，随后写入的两个字节的数据将会被存到地址 2（报警 RAM 之 TH）和地址 3（报警 RAM 之 TL）。写入过程中可以用复位信号中止写入。
7. Read Scratchpad （从 RAM 中读数据） [BEH]
此指令将从 RAM 中读数据，读地址从地址 0 开始，一直可以读到地址 9，完成整个 RAM 数据的读出。芯片允许在读过程中用复位信号中止读取，即可以不读后面不需要的字节以减少读取时间。
8. Copy Scratchpad （将 RAM 数据复制到 EEPROM 中） [48H]
此指令将 RAM 中的数据存入 EEPROM 中，以使数据掉电不丢失。此后由于芯片忙于 EEPROM 储存处理，当控制器发一个读时间隙时，总线上输出“0” ，当储存工作完成时，总线将输出“1” 。
在寄生工作方式时必须在发出此指令后立刻超用强上拉并至少保持 10MS，来维持芯片工作。
9. Convert T（温度转换） [44H]
收到此指令后芯片将进行一次温度转换，将转换的温度值放入 RAM 的第 1、 2 地址。此后由于芯片忙于温度转换处理，当控制器发一个读时间隙时，总线上输出“0” ，当储存工作完成时，总线将输出“1” 。在寄生工作方式时必须在发出此指令后立刻超用强上拉并至少保持 500MS，来维持芯片工作。
10. Recall EEPROM（将 EEPROM 中的报警值复制到 RAM） [B8H]
此指令将 EEPROM 中的报警值复制到 RAM 中的第 3、 4 个字节里。由于芯片忙于复制处理，当控制器发一个读时间隙时，总线上输出“0” ，当储存工作完成时，总线将输出“1” 。另外，此指令将在芯片上电复位时将被自动执行。这样 RAM 中的两个报警字节位将始终为 EEPROM 中数据的镜像。
11. Read Power Supply（工作方式切换） [B4H]
此指令发出后发出读时间隙，芯片会返回它的电源状态字， “0” 为寄生电源状态， “1” 为外部电源状态。

2.7 读取一次DS18B20温度数据

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---->打印温度信息

2.8 参考代码

/*
* ds18b20.c
*
*  Created on: 2019年1月13日
*      Author: 小良哥
*/
#include "driver/ds18b20.h"
#include "c_types.h"
#include "driver/delay.h"
/*
*函数名称：u8 Ds18b20InitConfig(void)
*函数功能：ds18b20模块初始化
*函数形参：无
*返  回  值：
*           0：da18b20存在且正常
*           其他值：ds18b20异常
* */
u8 Ds18b20InitConfig(void)
{u16 cnt = 0;//1.设置LED灯所对应的GPIO4口为IO口模式 -- 详见文档3.3.1.1章节PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_MTCK_U, FUNC_GPIO13);   // GPIO13设为IO口//2.主机首先发出一个 480-960 微秒的低电平脉冲GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(13), 0);//主机发送低电平DelayUs(700);//低电平持续时间700US//3.然后释放总线变为高电平GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(13), 1);//主机发送高电平//3.1 主机检测不到GPIO13的低电平，视为没有DS18B20模块while ((GPIO_INPUT_GET(GPIO_ID_PIN(13)) == 1) && (cnt < 200)){DelayUs(1);cnt++;}if (cnt >= 200) return 1;cnt = 0;//3.2 主机检测到GPIO13的低电平，但是低电平持续时间太长，则认为DS18B20模块异常while ((GPIO_INPUT_GET(GPIO_ID_PIN(13)) == 0) && (cnt < 480)){DelayUs(1);cnt++;}if (cnt >= 480) return 1;return 0;//成功返回0
}/*
* 函数名称：void Ds18b20WriteData(u8 data)
* 函数功能：DS18B20写一个字节数据
* 函数形参：
*           u8 data 写入的数据
* 返  回  值：无
* */
void Ds18b20WriteData(u8 data)
{u8 i, j;for (i = 0; i < 8; i++){//1.写周期一开始做为主机先把总线拉低 1 微秒表示写周期开始GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(13), 0);//主机发送低电平j++;//一行代码1微秒//2.从低位开始写入数据GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(13), data & 0x01);DelayUs(80);//写周期最少为 60 微秒，最长不超过 120 微秒//释放总线为高电平GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(13), 1);data = data >> 1;}
}/*
* 函数名称：uint8 Ds18b20ReadByte(void)
* 函数功能：DS18B20读一个字节数据
* 函数形参：无
* 返  回  值：
*           byte：获取到的数据
* */
uint8 Ds18b20ReadData(void)
{uint8 byte, data;int i, j;for (j = 8; j > 0; j--){GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(13), 0);     //先将总线拉低1usi++;GPIO_OUTPUT_SET(GPIO_ID_PIN(13), 1);       //然后释放总线i++;i++;      //延时6us等待数据稳定data = GPIO_INPUT_GET(GPIO_ID_PIN(13));     //读取数据，从最低位开始读取/*将byte左移一位，然后与上右移7位后的bi，注意移动之后移掉那位补0。*/byte = (byte >> 1) | (data << 7);os_delay_us(48); //读取完之后等待48us再接着读取下一个数}return byte;
}/*
* 函数名称：void Ds18b20ChangTemp(void)
* 函数功能：让18b20开始转换温度
* 函数形参：无
* 返  回  值：无
* */
void Ds18b20ChangTemp(void)
{Ds18b20Init();DelayMs(1);Ds18b20WriteData(0xcc);       //跳过ROM操作命令Ds18b20WriteData(0x44);      //温度转换命令//  Delay1ms(100);  //等待转换成功，而如果你是一直刷着的话，就不用这个延时了}/*
* 函数名称：void Ds18b20ReadTempCom(void)
* 函数功能：发送读取温度命令
* 函数形参：无
* 返  回  值：无
* */
void Ds18b20ReadTempCom(void)
{Ds18b20Init();Delay1ms(1);Ds18b20WriteData(0xcc);   //跳过ROM操作命令Ds18b20WriteData(0xbe);  //发送读取温度命令
}/*
* 函数名称：int Ds18b20ReadTemp(void)
* 函数功能：读取温度
* 函数形参：无
* 返  回  值：
*           温度值
* */
int Ds18b20ReadTemp(void)
{int temp = 0;uint8 tmh, tml;Ds18b20ChangTemp();               //先写入转换命令Ds18b20ReadTempCom();          //然后等待转换完后发送读取温度命令tml = Ds18b20ReadData();     //读取温度值共16位，先读低字节tmh = Ds18b20ReadData();       //再读高字节temp = tmh;temp <<= 8;temp |= tml;return temp;
}

/*
* ds18b20.h
*
*  Created on: 2019年1月13日
*      Author: 小良哥
*/#ifndef APP_INCLUDE_DRIVER_DS18B20_H_
#define APP_INCLUDE_DRIVER_DS18B20_H_#include "ets_sys.h"
#include "osapi.h"
#include "user_interface.h"
#include "driver/uart.h"
#include "gpio.h"
#include "eagle_soc.h"
#include "driver/delay.h"u8 Ds18b20InitConfig(void);
void Ds18b20WriteData(u8 data);
uint8 Ds18b20ReadByte(void);
void Ds18b20ChangTemp(void);
void Ds18b20ReadTempCom(void);
int Ds18b20ReadTemp(void);#endif /* APP_INCLUDE_DRIVER_DS18B20_H_ */

//user_main.c
/******************************************************************************
* FunctionName : user_init
* Description  : entry of user application, init user function here
* Parameters   : none
* Returns      : none
*******************************************************************************/
void ICACHE_FLASH_ATTR user_init(void)
{int i;os_DelayMs(1000);uart_init(115200, 115200);//设置串口波特率while (Ds18b20InitConfig()){}//  LedInitConfig();//LED灯初始化函数//   KeyInitConfig();//按键初始化函数// KeyExtiInitConfig();//配置按键外部中断//    TimerInitConfig(500,1);//   hw_timer_set_func();//  HwTimerInitConfig();os_printf("=============================================\r\n");os_printf("\t SDK version:\t%s", system_get_sdk_version());os_printf("\r\n嵌入式陈工个人编辑资料\r\n未经本人同意请勿私自传播\r\n");os_printf("\r\n温度数据为%d\r\n,Ds18b20ReadTemp()");os_printf("\r\n带看门狗\r\n");os_printf("\r\nSPI Flash 的 ID 号:%d\r\n", spi_flash_get_id());os_printf("=============================================\r\n");
}

源代码参考：https://github.com/ChenJiliang00/ESP8266