目录

1、DS18B20介绍

2、DS18B20的内部结构

3、DS18B20的内部存储器

4、DS18B20控制流程

5、程序中我们对温度测量的处理

PS：  ROM操作命令  和  RAM指令

1、DS18B20介绍

DS18B20是美国DALLAS公司推出的一款单线数字温度传感器。它具有：体积小，功耗低，精度高，可靠性好，易于单片机接口等优点，每片DS18B20都有唯一的一个可读出的序列号，同时DS18B20还采用了寄生电源技术，可以不用外接电源。综合以上特点，DS18B20特别适合于多点测温系统。

DS18B20主要有以下特点：

●单线接口：DS18B20与单片机连接时仅需一根I/O口线即可实现单片机与DS18B20之间的双向通信。

●实际使用中不需要任何外围元件。

●可用数据线供电，电压范围3.0-5.5V。测温范围-55-+125oC。

●可编程实现9-12位的数字读数方式。

●用户可设定的非易失性（掉电不丢失）的温度上下线报警值。

●支持多点组网功能，多个DS18B20可并联在唯一的三总线上，实现多点温度测量。

●负压特性：电源极性接反时不会烧坏DS18B20，但是也不能正常工作

TO－92封装的DS18B20的引脚排列见上图。

DS18B20引脚定义： 

(1)DQ为数字信号输入/输出端；

开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。 

(2)GND为电源地； 

(3)VDD为外接供电电源输入端，当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。

电路和连接：

串口电路前面已经介绍，本例中不再重复。本例中DS18B20与单片机的连接如图所示，由于DS18B20的数据线要求空闲状态为高电平，所以我在DS18B20的数据线与电源线VCC之间加了一个4.7K的上拉电阻，如果不想接上拉电阻的话，可以使能PA2口的内部上拉功能。从图中可以看出，本例使用的是给DS18B20外接电源的方式。

2、DS18B20的内部结构

DS18B20的内部结构如图7.1.2。DS18B20的内部结构主要有64位ROM、温度灵敏元件、内部存储器和配置寄存器四部分组成。

     图7.1.2  DS18B20的内部结构

● 64位ROM：64位ROM的内容是64位序列号，是出厂前用激光刻好的。它可以用作该DS18B20的地址序列码。每一个DS18B20的64位ROM都不同，这样就可以实现一根总线上挂多个DS18B20的目的。这64位 ROM的排列是：开始8位是产品类型号，接着的48位是该DS18B20的自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余（CRC，CRC=X8+X5+X4+1）校验码。

● 温度灵敏元件：温度灵敏元件完成对温度的测量，测量后的结果存储在两个8位的寄存器中，这两个寄存器定义如图7.1.3。温度寄存器高字节的高5位是符号位，温度为负时这5位为1；温度为正时，这5位为0。高字节寄存器的低3位与低字节寄存器的高4位组成温度的整数部分，低字节寄存器的低4位是温度的小数部分。当温度大于0时，温度值以原码存放。而当温度小于0时，以二进制补码形式存放。

   当转换位数为12位时，温度的精度为1/16（4位小数位，所以为16）=0.0625度。同理，当转换位数为11位时，精度为1/8=0.125度。

   对于温度的计算，以12位转换位数为例：对于正的温度，只要将测到的数值的整数部分取出，转换为10进制，再将小数部分乘以0.0625就可以得到10进制的小数位的温度值了。而对于负的温度，则需要将采集到的数值取反加1，即可得到实际温度的16进制表示。再按照正温度的计算方法就可以得出10进制的负的温度了。

              图7.1.3 DS18B20温度寄存器格式

   图7.1.4所示是在12位转换位数情况下的温度转换值和温度对照表

               图7.1.4  12位转换位数的温度转换值和温度对照表

两种供电方式：

使用寄生电源方式时，VDD 引脚必须接地。

VDD 引脚接入一个外部电源

接电源有点：

1、这样做的好处是 I/O线上不需要加强上拉，而且总线控制器不用在温度转换期间总保持高电平。这样在转换期间可以允许在单线总线上进行其他数据往来。

2、另外，在单线总线上可以挂任意多片 DS18B20，而且如果它们都使用外部电源的话，就可以先发一个Skip ROM 命令，再接一个 Convert T命令，让它们同时进行温度转换。

注意：

1、在外部供电的方式下，DS18B20的GND引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是85℃。

2、温度高于 100℃时， 不推荐使用寄生电源， 因为DS18B20 在这种温度下表现出的漏电流比较大，通讯可能无法进行。

在类似这种温度的情况下，强烈推荐使用 DS18B20 的 VDD 引脚。

 3、DS18B20的内部存储器

DS18B20的内部存储器包括一个告诉暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPROM，后者存放温度的上下限报警值和配置寄存器。

高速暂存RAM以及EEPROM的构成如图7.1.5所示。高速暂存RAM由9个字节组成，当温度转换命令发出后，经转换获得的温度值以二进制补码形式存放在第0（LSB）和第一（MSB）个字节内。单片机通过单线接口DQ读出该数据，读取时低位在前，高位在后。

第二和第三个字节是温度的上（TH）下限（TL）报警值，他们没有小数位，第四个字节是配置寄存器，主要用以设置工作模式和转换位数。

第五、第六和第七字节是保留位，没有实际意义，第八个字节是前面所有8个字节的CRC校验码。

EEPROM由3个字节构成，用来存放温度的上下限报警值以及配置寄存器的内容。

图7.1.5    高速暂存RAM以及EEPROM的构成

   配置寄存器的各位意义如图7.1.6所示。低五位的读出值总是为1，第7位是测试模式位，用于设置DS18B20是工作在测试模式还是工作模式，出厂时默认设置为0，用户不用改动。R1和R0用来设置温度转换位数。具体设置如图7.1.7所示。

                  图7.1.6  配置寄存器结构

                    图7.1.7  温度值转换位数设置表

4、  DS18B20控制流程

在由DS18B20构成的单总线系统中，DS18B20只能作为从机，单片机或者其它部件作为主机。

       根据DS18B20的通信协议，主机控制DS18B20完成一次温度转换必须经过3个步骤：

       一）、每次读写之前都要对DS18B20进行复位操作

       二)、复位成功后发送一条ROM指令 (器件寻址)

       三）、最后发送RAM指令，这样才能够对DS18B20进行正确的操作。

● 复位：复位要求主机将数据线拉低最少480us，然后释放，当DS18B20受到信号后，等待15-60us，然后把总线拉低60-240us，主机接收到此信号表示复位成功。

● ROM指令：ROM指令表明了主机寻址一个或多个DS18B20中的某个或某几个，或者是读取某个DS18B20的64位序列号。

● RAM指令：RAM指令用于主机对DS18B20内部RAM的操作（如启动温度转换、读取温度等）。

直入正题：

DS18B20的操作时序（本人查看数据手册和网上的例程，然后结合实际测试结果）

　　1、DS18B20的初始化

　　（1） 先将数据线置高电平“1”。

　　（2） 延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）。

　　（3） 数据线拉到低电平“0”。

　　（4） 延时490微秒（该时间的时间范围可以从480到960微秒）。

　　（5） 数据线拉到高电平“1”。

　　（6） 延时等待（如果初始化成功则在15到60毫秒时间之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）。

　　（7） 若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要480微秒。

　　（8） 将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。　　

　　2、DS18B20的写操作

　　（1） 数据线先置低电平“0”。

　　（2） 延时确定的时间为2(小于15)微秒。

　　（3） 按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）。

　　（4） 延时时间为62（大于60）微秒。

　　（5） 将数据线拉到高电平，延时2(小于15)微秒。

　　（6） 重复上（1）到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为止。

　　（7） 最后将数据线拉高。　　

　　3、 DS18B20的读操作

　　（1）将数据线拉高“1”。

　　（2）延时2微秒。

　　（3）将数据线拉低“0”。

　　（4）延时2（小于15）微秒。

　　（5）将数据线拉高“1”，同时端口应为输入状态。

　　（6）延时4（小于15）微秒。

　　（7）读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理。

　　（8）延时62（大于60）微秒。

畅学STM32串口显示程序：

复位:

温度传感器检测：

写操作：

读操作：

读一个位：

读一个字节：

1、DS18B20的初始化

2、DS18B20的写操作

3、DS18B20的读操作

1、过程1、2是初始化过程，每次读取都要初始化，否则18b20处于待机状态，无法成功读取。

过程1：拉低信号线480-700us，使它复位，然后释放总线15-60us，

18b20会拉低总线60-240us，然后它释放总线。所以初始化成功的一个标志就是能否读到18b20这个先低后高的操作时序。

注意：黑色部分表示主机操作，蓝色部分表示18b20操作，每次主机操作完成之后等待18b20状态时，必须要释放总线，比如将IO设置为高阻态什么的。否则18B20没法把状态写到线上

2、过程3、4是写1bit数据过程。过程3是写0 ，过程4是写1。

过程3：拉低总线60us，然后抬高总线5us，完成。

过程4：拉低总线5us，然后抬高总线60us，完成

3、过程5、6是读1bit过程。过程5是读0，过程6是读1。

过程5、6：拉低总线5us，然后释放总线，读取总线，如果为0，则读入0，如果为1，则读入1。

5、程序中我们对温度测量的处理是：

1）复位（假定复位成功，不检测复位是否成功），

2）发送跳过ROM指令（我们系统只连接了一个DS18B20，所以可以使用这条指令），

3）发送温度转换命令（我们采用DS18B20默认的12位温度转换，所以不用对DS18B20进行任何配置，直接指示DS18B20开始采集温度），

4）延时1S，等待DS18B20完成温度采集（默认12位温度转换时，采集一次温度的时间为750ms，所以至少要延时750ms以上），

5）复位（每次对DS18B20进行操作都要进行复位、ROM操作、RAM操作这三个步骤），

6）发送跳过ROM指令

7）发送读内部RAM命令（这个指令读取DS18B20中RAM的全部9个字节，而我们只需要得到温度值就可以了，温度值存储在RAM的前两个字节里面，所以我们读取完前两个字节的内容后可以不必理会后面的内容），

8）将采集到的温度值进行处理(判断温度的正负，分离温度的整数位和小数位)，然后将处理后的数据发送到串口。

9）延时4S，然后跳到步骤1），重复步骤1)-8),完成下一次温度测量

温度转换

读取RAM

畅学STM32对应程序：

温度转换：

读暂存器：

从ds18b20得到温度值：

这里注意的字节问题，tem 返回的是双字节的数据，得到返回值之后，对数据再做处理。

其中对负数也做了一个判断与处理，至于取反之后没有加1，这是一个问题。

因为加1，就设计到一个低字节到高字节的仅为问题，可以好好思考一下：

给一个AVR的进位涉及的程序：

主函数中还有的字节处理：

其中注释的部分为没有小数点的部分

这里用了我用了 强制转换， 变成了单字节，因为OLED显示函数的参数，之前写的时候就是一个字节的函数，所以不进行强制转换的话，返回造成错误。。。

应该有其他的解决方案，暂时用的这个！

PS：还有一个问题，这里没有对温度为负数，做出什么反应，只是一个判断问题，不做过多介绍。

 问题注意地方：

字节对齐问题

器件识别

温度为负数情况

时序问题 （特别是延时时间）

基本配置程序：

       1、ROM操作命令：DS18B20采用一线通信接口。因为一线通信接口，必须在先完成ROM设定，否则记忆和控制功能将无法使用。一旦总线检测到从属器件的存在，它便可以发出器件ROM操作指令，所有ROM操作指令均为8位长度，主要提供以下功能命令： 

1 ）读ROM（指令码0X33H）：当总线上只有一个节点（器件）时，读此节点的64位序列号。如果总线上存在多于一个的节点，则此指令不能使用。

 2 ）ROM匹配（指令码0X55H）：此命令后跟64位的ROM序列号，总线上只有与此序列号相同的DS18B20才会做出反应；该指令用于选中某个DS18B20，然后对该DS18B20进行读写操作。

3 ）搜索ROM（指令码0XF0H）： 用于确定接在总线上DS18B20的个数和识别所有的64位ROM序列号。当系统开始工作，总线主机可能不知道总线上的器件个数或者不知道其64位ROM序列号，搜索命令用于识别所有连接于总线上的64位ROM序列号。

4 ）跳过ROM（指令码0XCCH）： 此指令只适合于总线上只有一个节点；该命令通过允许总线主机不提供64位ROM序列号而直接访问RAM，以节省操作时间。

5 ）报警检查（指令码0XECH）：此指令与搜索ROM指令基本相同，差别在于只有温度超过设定的上限或者下限值的DS18B20才会作出响应。只要DS18B20一上电，告警条件就保持在设置状态，直到另一次温度测量显示出非告警值，或者改变TH或TL的设置使得测量值再一次位于允许的范围之内。储存在EEPROM内的触发器用于告警。

这些指令操作作用在每一个器件的64位光刻ROM序列号，可以在挂在一线上多个器件选定某一个器件，同时，总线也可以知道总线上挂有有多少，什么样的设备。

　　2、RAM指令

　　　　DS18B20有六条RAM命令： 

　　1)温度转换（指令码0X44H）:启动DS18B20进行温度转换，结果存入内部RAM。 

　　2)读暂存器（指令码0XBEH）：读暂存器9个字节内容，此指令从RAM的第1个字节（字节0）开始读取，直到九个字节（字节8，CRC值）被读出为止。如果不需要读出所有字节的内容，那么主机可以在任何时候发出复位信号以中止读操作。

　　3)写暂存器（指令码0X4EH）： 将上下限温度报警值和配置数据写入到RAM的2、3、4字节，此命令后跟需要些入到这三个字节的数据。 

　　4)复制暂存器（指令码0X48H）：把暂存器的2、3、4字节复制到EEPROM中，用以掉电保存。 

　　5)重新调E2RAM（指令码0XB8H）：把EEROM中的温度上下限及配置字节恢复到RAM的2、3、4字节，用以上电后恢复以前保存的报警值及配置字节。

6)读电源供电方式（指令码0XB4H）：启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU。对于在此命令送至DS18B20后所发出的第一次读出数据的时间片，器件都会给出其电源方式的信号。“0”表示寄生电源供电。“1”表示外部电源供电。