DS18B20温度传感器时序图解析（STM32）

[导读]网上DS18B20的驱动实现代码一大堆，简简单单的就能够移植成功，获得温度值，但是为什么代码这么写？为什么要延时那么长的时间？不对照手册仔细分析时序图，还真是不明白为什么。下面我们就来详细剖析一下DS18B20的驱动函数的实现。 DS18B20 简介 DS18B20数字

网上DS18B20的驱动实现代码一大堆，简简单单的就能够移植成功，获得温度值，但是为什么代码这么写？为什么要延时那么长的时间？不对照手册仔细分析时序图，还真是不明白为什么。

下面我们就来详细剖析一下DS18B20的驱动函数的实现。

DS18B20 简介

DS18B20数字温度传感器是美国DALLAS公司生产的单总线数字温度传感器。其测温范围为-55℃~+125℃（-67℉~+257℉），64位只读存储器的片序列号。从而允许多只DS18B20同时并联在一根单线总线上；

华氏度和摄氏度换算关系：

（华氏度－32）×5÷9=摄氏度

DS18B20可以用一个微控制器的GPIO引脚去控制。器件内部高速暂存器区含有两个字节的温度寄存器，用来存储温度传感器输出的数据。

此外，高速暂存器区还有上下温度报警寄存器（TH和TL），和一个字节的配置寄存器。

配置寄存器允许用户将温度的精度设置为9~12位对应的分辨率为0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃。上电默认为12位转换精度。

DS18B20存储器图

实际使用中，当只是为了测温，只需用到字节1，字节2和字节5。应用环境中如果没有强干扰，不是十分严格的话，不做校验也可以。

其中，暂存寄存器中的字节5包含着配置寄存器，配置寄存器内容如下图所示：

用户通过改变上表中R0和R1的值来配置DS18B20的分辨率。上电默认为R0=1及R1=1（12位分辨率）。

温度/数据对应表：

温度转换后，温度转换的值将会保存在暂存存储器的温度寄存器中，并且DS18B20将会恢复到闲置状态。

TH，TL和配置寄存器是EEPROM，存储的数据在器件掉电时不会消失。

DS18B20的另一个功能是可以在没有外部电源供电的情况下工作。当总线处于高电平状态，DQ与上拉电阻连接通过单总线对器件供电。

同时处于高电平状态的总线信号对内部电容（Cpp）充电，在总线处于低电平状态时，该电容提供能量给器件。

这种提供能量的形式被称为“寄生电源”；

寄生电源模式时，VDD引脚必须接地。

“寄生电源”供电方式

外部电源供电方式

原理图

外观及封装

TO-92封装

防水型不锈钢封装

采用导热性高的密封胶灌封，保证了温度传感器的高灵敏性，极小的温度延迟。

芯片每个引脚均用热缩管隔开，防止短路，内部封胶，防水防潮。

引脚说明
红线：VCC
绿线：GND
黄线：DQ，传感器数据总线

驱动实现

INITIALIZATION TIMING

在初始化序列期间，总线控制器拉低总线并保持至少480us以发送一个复位脉冲，返回释放总线，进入接收状态（等待DS18B20应答）。

总线释放后，单总线由上拉电阻拉到高电平。

当DS18B20探测到I/O引脚上的上升沿后，等待15-60us，然后其以拉低总线60-240us的方式发出存在脉冲。至此，初始化时序完毕。

所以，初始化成功的标志就是能否读到DS18B20这个先低后高的脉冲时序，并且拉低的时间要满足60-240us。

复位DS18B20的代码如下：

//复位DS18B20void DS18B20_Rst(void) {  DS18B20_IO_OUT(); //总线设置为输出模式 DS18B20_DQ_OUT=0; //主机拉低总线 delay_us(750);  DS18B20_DQ_OUT=1; //释放总线，产生的上升沿能被DS18B20检测到 delay_us(15); //延时15us之后，等待DS18B20发送的低电平信号到达。}
//等待DS18B20的回应//返回1:未检测到DS18B20的存在//返回0:存在u8 DS18B20_Check(void) {  u8 retry=0; DS18B20_IO_IN(); //总线设置为输入模式   while (DS18B20_DQ_IN&&retry<200) //等待拉低总线60-240us的低电平 { retry++; delay_us(1); }; 
 if(retry>=200)return 1; else retry=0;  while (!DS18B20_DQ_IN&&retry<240) { retry++; delay_us(1); }; if(retry>=240) return 1; 
 return 0;}

READ/WRITE TIME SLOT TIMING DIAGRAM

DS18B20的写时序（见下图）：

主机在写时隙向DS18B20写入数据，其中分为写”0”时隙，和写”1”时隙。总线主机使用写“1”时间隙向DS18B20写入逻辑1，使用写“0”时间隙向DS18B20写入逻辑0。

所有的写时隙必须有最少60us的持续时间，相邻两个写时隙必须要有最少1us的恢复时间。两种写时隙都通过主机拉低总线产生（见下图）。

为了产生写1时隙，在拉低总线后主机必须在15μs内释放总线。在总线被释放后，由于上拉电阻将总线恢复为高电平。

为了产生写”0”时隙，在拉低总线后主机必须继续拉低总线以满足时隙持续时间的要求(至少60μs)。

在主机产生写时隙后，DS18B20会在其后的15~60us的一个时间段内采样单总线（DQ）。在采样的时间窗口内，如果总线为高电平，主机会向DS18B20写入1；如果总线为低电平，主机会向DS18B20写入0。

综上所述，所有的写时隙必须至少有60us的持续时间。相邻两个写时隙必须要有最少1us的恢复时间。所有的写时隙（写0和写1）都由拉低总线产生。

//写一个字节到DS18B20//dat：要写入的字节void DS18B20_Write_Byte(u8 dat) {  u8 j; u8 testb;  DS18B20_IO_OUT(); //设置DQ为输出模式 for (j=1;j<=8;j++)  { testb=dat&0x01; dat=dat>>1; if (testb)  { DS18B20_DQ_OUT=0;// Write 1 delay_us(2);  DS18B20_DQ_OUT=1; delay_us(60);  } else  { DS18B20_DQ_OUT=0;// Write 0 delay_us(60); // 等待DS18B20来采集信号  DS18B20_DQ_OUT=1; delay_us(2);  } }}

DS18B20的读时序（见下图）：

主机发起读时序时，DS18B20仅被用来传输数据给控制器。因此，总线控制器在发出读指令后必须立刻开始读时序。

所有读时序必须最少60us，包括两个读周期间至少1us的恢复时间。

当总线控制器把数据线从高电平拉到低电平时，读时序开始，数据线必须至少保持1us，然后总线被释放。

DS18B20 通过拉高或拉低总线来传输”1”或”0”。

当传输逻辑”0”结束后，总线将被释放，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后15us 内有效。因此，总线控制器在读时序开始后必须把I/O口设置为输入模式，以读取I/O口状态。

阴影部分为DS18B20释放总线的时刻，总线为空闲状态。

//从DS18B20读取一个位//返回值：1/0u8 DS18B20_Read_Bit(void) // read one bit{ u8 data; DS18B20_IO_OUT(); //设置总线为输出模式 DS18B20_DQ_OUT=0;  delay_us(2); //拉低最少1us DS18B20_DQ_OUT=1; //拉低再升高，产生读时序 DS18B20_IO_IN(); //设置总线为输入模式 delay_us(12); if(DS18B20_DQ_IN)data=1; else data=0;  delay_us(50);  return data;}
//从DS18B20读取一个字节//返回值：读到的数据u8 DS18B20_Read_Byte(void) // read one byte{  u8 i,j,dat; dat=0; for (i=1;i<=8;i++)  { j=DS18B20_Read_Bit(); dat=(j<<7)|(dat>>1); }  return dat;}

DS18B20的功能命令

获取温度值

要获取温度值，我们需要发送上面功能命令0x44，然后发送读取暂存寄存器命令0xBE，然后我们只需要获得暂存器中的9个字节的前两个字节即可。

要获得DS18B20的温度值，需要按照下表中的顺序依次发送功能命令。

获取温度的具体代码实现如下：

//开始温度转换void DS18B20_Start(void)// ds18b20 start convert{  DS18B20_Rst();  DS18B20_Check();  DS18B20_Write_Byte(0xcc);// skip rom DS18B20_Write_Byte(0x44);// convert}
//从ds18b20得到温度值//精度：0.1C//返回值：温度值 （-550~1250） short DS18B20_Get_Temp(void){ u8 temp; u8 TL,TH; short tem; DS18B20_Start (); // ds18b20 start convert DS18B20_Rst(); DS18B20_Check();  DS18B20_Write_Byte(0xcc);// skip rom DS18B20_Write_Byte(0xbe);// convert  TL=DS18B20_Read_Byte(); // LSB  TH=DS18B20_Read_Byte(); // MSB   if(TH>7) { TH=~TH; TL=~TL;  temp=0;//温度为负  }else temp=1;//温度为正  tem=TH; //获得高八位 tem<<=8;  tem+=TL;//获得底八位 tem=(float)tem*0.625;//转换  if(temp)return tem; //返回温度值 else return -tem; }

跳过ROM序列号检测命令（0xCCH），对于单片DS18B20在线的系统，该命令允许主机跳过ROM序列号检测而直接对寄存器操作，从而节省时间，对于多片DS18B20在线系统，该命令将引起数据冲突。

如果主机只是对一个DS18B20进行操作，进而不需要读取ROM编码了，只要发送跳过ROM（0xCCH）命令，就可以进行温度转换和读取操作了。

获取DS18B20内部ID序列号

因为咱们总线上只有一个DS18B20设备，所以直接发送0x33指令即可READ ROM。

DS18B20中有一个64位光刻ROM，按说明书说法，开始（最低）8位是产品类型标号，对于DS18B20来说都是（28H），接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。

光刻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。

读取ROM方法：先复位DS18B20，成功后执行读取ROM命令（33H），然后将这64位以8个字节的方式存入数组。

获取DS18B20内部ID序列号的具体代码实现如下：

DS18B20_Rst();DS18B20_Check();DS18B20_Write_Byte(0x33); for(i = 0; i < 8;i++){ arrDS18B20ID[i] = DS18B20_Read_Byte();} sprintf((char *)dtbuf,"DS18B20 ID is %02X %02X %02X %02X %02X %02X %02X %02X\r\n", arrDS18B20ID[0], arrDS18B20ID[1], arrDS18B20ID[2], arrDS18B20ID[3], arrDS18B20ID[4], arrDS18B20ID[5], arrDS18B20ID[6], arrDS18B20ID[7]);
printf((u8 *)dtbuf,strlen((char *)dtbuf));

我手里的两个DS18B20得到的结果如下所示：

由上可以看出，首字节都是0x28，即产品类型都是一样的。

至此，六月份的智能风扇中的温度传感器模块的已经实现了哈。

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