一线协议—ds18b20

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ds18b20简介

一线协议的温度传感器，工作在3~5.5v电压范围，测量温度范围为-55~125℃精度为±0.5℃。ds18b20采用多种封装形式从而设计灵活，方便。与传统的热敏电阻等测温元件相比，他是一种新型的体积小，适用电压宽，接口简单的数字化温度传感器。

每个ds18b20芯片在出厂时，都固化烧录了一个唯一的64位产品序列号在其ROM中，它可以看作是ds19b20的地址序列码。64位ROM的排列是：前8位是产品家族码。接着48位时ds18b20的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余检验码(CRC=X8+X5+X4+X1)。ROM作用是使每一个ds18b20都各不相同，这样就实现一个总线挂接多个ds18b20。

ds18b20一线协议

所有的单总线器件要求采用严格的信号时序，以保证数据的完整性。ds18b20共有6种信号类型：复位脉冲、应答信号、写0/1,读0/1。所有的这些信号，除了应答脉冲以外，都是有主机发出同步信号，并且发送所有命令和数据都是字节的地位在前LSB

复位脉冲和应答信号

单总线上所有的通信都是初始化序列开始。主机输出低电平，保持低电平时间至少480us，以产生复位脉冲。接着主机释放总线，4.7k的上拉电阻将单总线拉高，延时15~60us并进入接收模式(Rx)。接着ds18b20拉低总线60~240us，以产生低电平应答脉冲信号，若为低电平，在岩石480us。

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，两种时序均起始于主机拉低总线。

写0时序：主机输出低电平，延时60us，然后释放总线，延时2us；

写1时序：主机输出低电平，延时2us，然后释放总线，延时60us；

读时序

单总线器件仅在主机发出读时序，才向主机传输数据，所以，在主机发送读数据指令，必须立刻马上昌盛读时序，以便从主机能够传送数据。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的回复恢复时间。

当总线控制器把数据线从高电平拉低到低电平时，读时序开始，数据线必须至少保持1us，然后总线被释放。ds18b20通过拉高拉低总线上来传输“1”或“0”。当传输逻辑"0"结束后，总线被释放，通过上拉电阻回到上升沿状态，从ds18b20输出的数据在读时序的下降沿出现15us内有效。因此，总线控制器读时序开始后必须停止把I/O口驱动为低点15us，读取I/O口状态。

DS18B20工作流程

DS18B20工作过程中的协议为：初始化，ROM操作命令，存储器操作命令，处理数据。具体如下

1、初始化

单总线上的所有通信都是以初始化序列开始，Master发出初始化信号后等待从设备的应答信号，已确定从设备是否存在并能正常工作。

2、ROM操作命令

总线主机检测到ds18b20的存在后，便可以发出ROM操作命令之一，这些命令如下表所示。一般我们不关心ROM中的16位产品序列号，通常会发送0xCC跳过ROM的相关操作。

3、存储器操作指令

ROM命令操作完成之后，接下来可以发送相应的高速暂存存储器操作命令，这些命令如下表所示，其中0x44命令将通知DS18B20温度传感器开始采样，而0xBE命令则开始读出DS18B20的采样值。

4、数据处理

DS18B20的高速暂存存储器9个字节组成。当温度转换命令(0x44)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前两个字节。

接着单片机可以发送读暂存存储器命令(0xBH)读出存储器里的值，存储器里的9个字节的存储结构如下图所示

如果我们只关心采样温度值的话，则只需要读前两个字节即可，其中Byte[0]为温度值的低字节，而Byte[1]为温度的高字节，这样16位数据的格式如下

其中BIT[3:0]为温度值的小部分，而BIT[10:4]为温度值的整数部分，BIT[15:11]则为符号位，如果0则温度值为正值，如果为1则温度值为负值。

代码实现

创建编写DS18B20的驱动源文件ds18b20.c

#include "tim.h"
#include "gpio.h"
#include "main.h"typedef struct w1_gpio_s
{GPIO_TypeDef        *group;uint16_t             pin;
} w1_gpio_t;static w1_gpio_t   W1Dat =  /* IO pin connected to PA5 */
{.group = GPIOA,.pin   = GPIO_PIN_5,
};#define W1DQ_Input()      \
{   \GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; \GPIO_InitStruct.Pin = W1Dat.pin; \GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; \GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; \GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; \HAL_GPIO_Init(W1Dat.group, &GPIO_InitStruct); \
}#define W1DQ_Output()      \
{   \GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; \GPIO_InitStruct.Pin = W1Dat.pin; \GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; \GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; \GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; \HAL_GPIO_Init(W1Dat.group, &GPIO_InitStruct); \
}#define W1DQ_Write(x)  HAL_GPIO_WritePin(W1Dat.group, W1Dat.pin, \(x==1)?GPIO_PIN_SET:GPIO_PIN_RESET)#define W1DQ_Read()     HAL_GPIO_ReadPin(W1Dat.group,  W1Dat.pin)/* Master issues reset pulse and DS18B20s respond with presence pulse */
uint8_t DS18B20_Reset(void)
{uint8_t            rv = 0;uint8_t            retry;/* Setup W1 DQ pin as output and high level*/W1DQ_Output();W1DQ_Write(1);delay_us(2);/* Reset pulse by pulling the DQ pin low >=480us */W1DQ_Write(0);delay_us(480);/* Master releases bus to high. When DS18B20 detects this rising edge, it waits 15µs to 60µs */W1DQ_Write(1);delay_us(60);/* Then DS18B20 transmits a presence pulse by pulling the W1 bus low for 60µs to 240µs */while( W1DQ_Read() && retry <240){retry++;delay_us(1);}if(retry >= 240)rv = 1;delay_us(240);/* Master Rx time must >= 480us */W1DQ_Output();W1DQ_Write(1);delay_us(240);return rv;
}void DS18B20_WriteByte(uint8_t byte)
{uint8_t            i = 0;W1DQ_Output();for(i=0; i<8; i++){/* Write 1: pull low <= 15us, Write 0: pull low 15~60us*/W1DQ_Write(0);delay_us(10);/* DS18B20 bit sent by LSB (lower bit first) */if( byte & 0x1 )W1DQ_Write(1);elseW1DQ_Write(0);/* Write 1/0 slot both >= 60us, hold the level for 60us */delay_us(60);/* Release W1 bus to high */W1DQ_Write(1);delay_us(2);/* Prepare for next bit */byte >>= 1;}
}uint8_t DS18B20_ReadByte(void)
{uint8_t            i = 0;uint8_t            byte = 0;for(i=0; i<8; i++){/* Read time slot is initiated by master pulling the W1 bus* low for minimum of 1µs and then releasing the bus */W1DQ_Output();W1DQ_Write(0);delay_us(2);W1DQ_Write(1);delay_us(2);/* After master initiates read time slot, DS18B20 will begin* transmitting a 1 or 0 on bus */W1DQ_Input();/* DS18B20 bit sent by LSB (lower bit first) */if( W1DQ_Read() ){byte |= 1<<i;}/* Read slot for >= 60us */delay_us(60);/* Release W1 bus to high */W1DQ_Output();W1DQ_Write(1);delay_us(2);}return byte;
}static inline int DS18B20_Start_Convert(void)
{/* Master issues reset pulse and DS18B20s respond with presence pulse */if( 0 != DS18B20_Reset() )return -1;/* Master issues Skip ROM command */DS18B20_WriteByte(0xCC);/* Master issues Convert T command. */DS18B20_WriteByte(0x44);return 0;
}static inline int DS18B20_Start_Read(uint8_t *buf, int bytes)
{/* Master issues reset pulse and DS18B20s respond with presence pulse */if( 0 != DS18B20_Reset() )return -1;/* Master issues Skip ROM command */DS18B20_WriteByte(0xCC);/* Master issues Read Scratchpad command. */DS18B20_WriteByte(0xBE);buf[0] = DS18B20_ReadByte();   /* Temperature LSB */buf[1] = DS18B20_ReadByte();   /* Temperature MSB *//*Don't care followed 7 bytes data */return 0;
}int DS18B20_SampleData(float *temperature)
{uint8_t               byte[2];uint8_t               sign;uint16_t              temp;if( !temperature )return -1;if( 0 != DS18B20_Start_Convert() )return -2;if( 0 != DS18B20_Start_Read(byte, 2) )return -3;/* Temperature byte[0] is LSB, byte[1] is MSB, total 16 bit:* Byte[0]:  bit[3:0]: decimal bits,  bit[7:4]: integer bits* bYTE[1]:  bit[2:0]: integer bits,  bit[7:3]: sign bits*/if( byte[1]> 0x7 ) /* bit[7:3] is 1 */{temp = ~(byte[1]<<8|byte[0]) + 1;  //补码sign=0; //温度为负}else{sign=1;//温度为正temp = byte[1]<<8 | byte[0];}/* byte[1]的低三位和byte[0]的高四位组成温度值的整数部分,* 而byte[0]的低四位为小数精度部分,且精度系数为0.0625 */*temperature = (temp>>4) + (temp&0xF)*0.0625 ;if( !sign ){*temperature = -*temperature;}return 0;
}

写ds18b20的头文件 ds18b20.h

#ifndef INC_DS18B20_H_
#define INC_DS18B20_H_extern int DS18B20_SampleData(float *temperature);#endif /* INC_DS18B20_H_ */

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