DS18B20的硬件原理——溫度存儲器
DS18B20的溫度測量范圍：-55~+125°C。
如上圖所示，DS18B20溫度存儲器一共有兩個字節(jié)。LSB低字節(jié)，MSB高字節(jié)。Msb字節(jié)高位，Lsb字節(jié)低位。圖中的S表示的是符號位。
通過編程，DS18B20可實(shí)現(xiàn)最高12位的溫度存儲器。以補(bǔ)碼的格式存儲在寄存器中。
結(jié)合下面寄存器溫度對應(yīng)存儲數(shù)值的表格，理解DS18B20溫度存儲器。
ps：二進(jìn)制數(shù)最低位變化1，代表溫度變化0.0625°C。
DS18B20與單片機(jī)通信
單片機(jī)可通過1-Wire協(xié)議與DS18B20通信，讀取溫度
1-Wire總線的硬件接口簡單，時序復(fù)雜。
下面可根據(jù)DS18B20工作協(xié)議過程，了解其工作時序。
1)初始化
類似于I2C尋址。開始時，1-Wire總線也需檢測總線上是否存在DS18B20器件。若存在，則總線根據(jù)時序要求返回一個低電平脈沖，若不存在，則無返回脈沖，即總線保持高電平。習(xí)慣上將這個動作稱為檢測存在脈沖。該動作除了有檢測DS18B20器件的功能外，還有通知DS18B20做準(zhǔn)備的作用。
下圖是關(guān)于存在脈沖檢測的時序圖，以便直觀感受時間與脈沖變化的關(guān)系。
圖中可以看到，首先單片機(jī)拉低引腳，持續(xù)480 ~ 960μs。然后，單片機(jī)釋放總線，即給總線高電平。DS18B20等待15 ~ 60μs，主動拉低這個引腳。60 ~ 240μ后，DS18B20主動釋放總線。之后IO口被上拉電阻拉高。
2)ROM操作指令
類似于I2C，1-Wire總線也可掛多個器件。
該操作應(yīng)用于一個總線上掛多個器件的情況下，對不同器件進(jìn)行區(qū)分。
每個DS18B20內(nèi)部都有一個唯一的64位長的序列號。序列號值存在于DS18B20內(nèi)部的ROM中。其首8位是產(chǎn)品類型編碼，末8位是CRC效驗(yàn)碼，中間48位是每個器件的唯一序號。單片機(jī)可通過與DS18B20的通信，獲取數(shù)據(jù)發(fā)送指令。這些指令相對復(fù)雜。應(yīng)用不多。這里不介紹這部分，需要時可查看手冊。
下面只介紹一個總線接一個器件的指令和程序。
Skip ROM：0XCC。當(dāng)總線上只有一個器件時，可跳過ROM，不進(jìn)行ROM檢測。
3)RAM存儲器操作指令。
這里介紹兩條，其他有需要再查資料。
Read Scratchpad(讀暫存寄存器)：0XBE。
注意：DS18B20溫度數(shù)據(jù)有兩個字節(jié)。讀取數(shù)據(jù)時，每個字節(jié)從低位讀起，先讀低字節(jié)再讀高字節(jié)。
Convert Temperature(啟動溫度轉(zhuǎn)換)：0X44。
發(fā)送指令后，開始溫度轉(zhuǎn)換。這個過程需要一定時間，時長取決于DS18B20精度。溫度數(shù)據(jù)用到的位數(shù)越高，精度越高，速度越慢。例子：9位模式與12位模式的最低變化值分別為0.5和0.0625，9位的轉(zhuǎn)換速度更快。
下圖為9位模式下的DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時間表
其中寄存器R1和R0決定了轉(zhuǎn)換的位數(shù)。他們的出廠設(shè)置默認(rèn)值為11。即12位表示溫度，最大轉(zhuǎn)換時間750μs。啟動轉(zhuǎn)換后，至少要再等750μs才能讀取溫度。否則就有可能讀錯。
4)DS18B20的位寫時序
下面是一張DS18B20寫入操作的時序圖：
當(dāng)要給DS18B20寫入0時，單片機(jī)拉低引腳。持續(xù)時間在60~120μs之間。
圖中可見，單片機(jī)先拉低15μs之后，DS18B20會在15~60μs這個時間段讀取這一位，典型值是在30μs時刻讀取。持續(xù)時間超過60μs，DS18B20必定讀取完畢。
當(dāng)要給DS18B20寫入1時，單片機(jī)拉低引腳。拉低時間>1μs，緊接著馬上釋放總線，即拉高引腳，持續(xù)時間>60μs。
ps：DS18B20時序較嚴(yán)格，寫的過程中最好不要有中斷，但是兩個位之間的間隔處是例外，可以開啟中斷。
5)DS18B20的位讀時序
當(dāng)讀取DS18B20數(shù)據(jù)時，單片機(jī)拉低引腳，至少保持1μs，然后釋放引腳，釋放完畢后要盡快讀取。從拉低引腳到讀取引腳狀態(tài)不可超過15μs。
下面是DS18B20的操作代碼(讀寫，檢測脈沖，溫度轉(zhuǎn)換)
#include
#include
sbit IO_18B20 = P3^5; //DS18B20通信引腳
//軟件延時函數(shù)，延時(t*10)μs
void Delay(unsigned char t)
{
do{
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
}while(--t);
}
//復(fù)位總線，獲取存在脈沖，準(zhǔn)備啟動一次讀寫操作
bit Get18B20Ack()
{
bit ack;
EA = 0; //禁止中斷
IO_18B20 = 0; //產(chǎn)生500微秒復(fù)位脈沖
Delay(50);
IO_18B20 = 1;
Deylay(60);
ack = IO_18B20; //讀取存在脈沖
while(!IO_18B20); //等待存在脈沖結(jié)束
EA = 1; //重新使能總中斷
return ack;
}
//向DS18B20寫入一個字節(jié)，dat為待寫入字節(jié)
void Write18B20(unsigned char dat)
{
unsigned char mask;
EA = 0; //禁止中斷
for(mask = 0X01;mask!=0;mask<<=1) //低位在前，依次移出8個bit
{
IO_18B20 = 0; //產(chǎn)生2微秒低電平脈沖
_nop_();
_nop_();
if((mask&dat) == 0) //輸出該bit值
IO_18B20 = 0;
else
IO_18B20 = 1;
Delay(6); //延時60微秒
IO_18B20 = 1; //拉高通信引腳
}
EA = 1; //重新使能總中斷
}
//從DS18B2讀取一個字節(jié)，返回值為讀到的字節(jié)
unsigned char Read18B20()
{
unsigned char dat;
unsigned char mask;
EA = 0; //禁止總中斷
for(mask = 0X01;mask != 0;mask <<= 1)//低位在先，依次采集8個bit
{
IO_18B20 = 0; //產(chǎn)生2微秒低電平脈沖
_nop_();
_nop_();
IO_18B20 = 1; //結(jié)束低電平脈沖，等待18B20輸出數(shù)據(jù)
_nop_(); //延時2微秒
_nop_();
if(!IO_18B20) //讀取通信引腳上的值
dat &= ~mask;
else
dat |= mask;
Delay(60); //再延時60微秒
}
EA = 1; //重新使能總中斷
return dat;
}
//啟動一次18B20溫度轉(zhuǎn)換，返回值為表示是否啟動成功
bit Start18B20()
{
bit ack;
ack = Get18B20Ack(); //執(zhí)行總線，獲取18B20應(yīng)答
if(ack == 0) //若18B20正確應(yīng)答，則啟動一次轉(zhuǎn)換
{
Write18B20(0XCC); //跳過ROM操作
Write18B20(0X44); //啟動一次溫度轉(zhuǎn)換
}
return ~ack; //ack=0表示操作成功，故取反返回值
}
//讀取DS18B20轉(zhuǎn)換的溫度值，返回值為是否讀取成功
bit Get18B20Temp(int *temp)
{
bit ack;
unsigned char LSB,MSB; //16bit溫度值的高低字節(jié)
ack = Get18B20Ack(); //執(zhí)行總線，獲取18B20應(yīng)答
if(ack == 0) //若18B20正確應(yīng)答，則啟動一次轉(zhuǎn)換
{
Write18B20(0XCC); //跳過ROM操作
Write18B20(0XBE); //發(fā)送讀命令
LSB = Read18B20(); //讀溫度值的低字節(jié)
MSB = Read18B20(); //讀溫度值的高字節(jié)
*temp = ((int)MSB<<8)+LSB;//合并成為16bit整型數(shù)
}
return ~ack;//ack=0表示操作成功，故取反返回值
}
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