DS18B20温度传感器完整使用介绍(配合51单片机)

DS18B20是一款由Maxim Integrated（原Dallas Semiconductor）生产的数字温度传感器，以其高精度、低功耗、灵活的接口方式和易于使用的特性，在各种温度监测应用中被广泛采用。

以下是DS18B20的详细介绍：

基本特性

1. 数字输出：DS18B20直接输出数字信号，与传统的模拟温度传感器相比，它简化了与微控制器的接口设计，减少了对模数转换器（ADC）的需求。
2. 单总线接口：采用独特的单线（1-Wire）通信协议，仅需一根数据线即可完成与微控制器的双向通信，降低了硬件成本和复杂度。此外，多个DS18B20可以通过这条单线总线连接在一起，每个传感器都有一个唯一的64位序列号，使得系统能够识别并单独寻址每个传感器。
3. 温度测量范围：DS18B20的测量范围广泛，从-55°C到+125°C（-67°F至+257°F），满足了大多数常规温度测量需求。
4. 高精度与分辨率：在-10°C到+85°C范围内，其精度通常可达到±0.5°C；分辨率可在9位至12位之间调节，默认为12位，对应分辨率最高达0.0625°C。
5. 低功耗：工作电压范围为3V至5.5V，静态电流极低，非常适合电池供电的应用。
6. 多功能性：DS18B20支持多种工作模式，包括温度转换模式、读取温度模式、配置模式等，用户可以根据需要设置不同的工作参数。
7. 封装形式多样：DS18B20提供了多种封装形式，如TO-92、SOP8、DIP8等，适应不同的安装需求，包括管道式、螺纹式、磁铁吸附式、不锈钢封装式等，适用于各种恶劣或狭小环境的温度测量。

应用场景

DS18B20因其灵活性和可靠性，被广泛应用于多种领域，包括但不限于：

• 家用电器（如冰箱、空调温度监控）
• 工业自动化（如设备温度监控、环境温度控制）
• 农业（如温室大棚温度管理）
• 数据中心和服务器机房的温度监测
• 汽车电子（发动机温度监控）
• 医疗设备温度监控
• 水族箱和养鱼场的水温控制

使用方法

使用DS18B20通常需要遵循一定的通信协议，包括初始化、搜索传感器、读取或设置寄存器等步骤。在编程时，开发者需编写相应的代码来控制单总线的时序，或者利用已有的库函数（如Arduino、Raspberry Pi等平台上的库）来简化操作。通过简单的函数调用，即可读取到当前的温度值。

原理图

实验板上的DS18B20模块接在单片机的P3.7 IO口上，在插入DS18B20芯片时，圆弧朝上插入，具体效果可以看上面图片。

DS18B20的工作原理介绍

DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。

它的一个工作周期可分为两个部分，温度检测和数据处理。

DS18B20内部有三种形态的存储器：

(1) ROM只读存储器：用于存放 DS18B20ID 编码，其前 8 位是单线系列编码（DS18B20 的编码是19H），后面 48 位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56的位的 CRC 码（冗余校验），数据在芯片出厂时设置不可由用户更改。DS18B20 共 64 位 ROM(8+48+8)。

(2) RAM数据暂存器：用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20 共 9 个字节 RAM，每个字节为 8 位。第 1、 2 个字节是温度转换后的数据值信息，第 3、 4 个字节是用户 EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第 5 个字节则是用户第 3 个 EEPROM的镜像。第 6、 7、 8 个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第 9 个字节为前 8 个字节的 CRC 码。

(3) EEPROM非易失性记忆体：用于存放长期需要保存的数据。比如: 上下限温度报警值和校验数据，DS18B20共有3个字节的EEPROM，并在 RAM 都存在镜像，以方便用户操作。

DS18B20默认工作在12位分辨率模式，转换后得到的12位数据，存储在DS18B20的两个8比特的RAM中(最前面的两个字节)，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。

数据提取也可以使用位运算，读取出来的数据是2个字节一共16位(H和L)，最低4位是小数位，剩下的是整数位。如果读取的数据是负数，需要-1再取反即可得到真实数据。

例如:

int temp=0;
temp=DS18B20_ReadTemp(); //读取一次DS18B20采集的温度（返回H+L位）
if(temp<0) //如果温度是负数
{
    temp=temp-1;
    temp=~temp;
    printf("DS18b20=-%d.%d\r\n",temp>>4,temp&0xF);
}
else
{
printf("DS18b20=%d.%d\r\n",temp>>4,temp&0xF);
}

读取DS18B20温度示例代码(单只DS18B20情景)

下面代码演示了循环读取DS18B20温度的过程，在主函数里1秒的间隔读取一次温度。

在编写DS18B20时序代码时，要注意时间的把控。

当前实验板的环境：采用STC90C516RD单片机，晶振是12MHZ，工作在12T模式下，代码中执行一条i++语句大概消耗的时间是12us。 程序中的延时时间，都是通过该时间推算的，如果程序要移植到其他单片机上，要注意时间的问题。

(硬件平台说明：CPU是STC90C516RD、晶振频率12MHZ 、工作在12T模式下、一个机器周期为1us时间)

示例代码:

#include <reg51.h>
/*DS18B20硬件接口: P3.7*/
sbit DS18B20_GPIO=P3^7;
int DS18B20_ReadTemp(void);
/*
说明: 在12MHZ晶振下,12T模式下，i++消耗的时间差不多是12us
*/
/*
函数名称：u8 DS18B20_Init(void)
函数功能：向DS18B20发送复位脉冲,并检测应答信号
返 回 值：1表示失败,0表示成功
说明: 51单片机IO口默认输出高电平
*/
u8 DS18B20_ResetSignal(void)
{
    u8 i=0;
    //1. 发送复位信号
    DS18B20_GPIO=0;//将总线拉低480us
    i=50;   
    while(i--){}   //延时600us ,最少480us
    i=0;
    DS18B20_GPIO=1;//然后释放(拉高)总线，如果DS18B20做出反应会将在15us~60us后总线拉低
    //2. 等待DS18B20拉低总线
    while(DS18B20_GPIO)
    {
        i++;
        if(i>10)return 1;//失败 ,大概120us
    }
    //3. 等待DS18B20释放总线
    i=0;
    while(DS18B20_GPIO==0) //60us~240us
    {
        i++;
        if(i>20)return 1;//失败,大概240us
    }
    return 0;//初始化成功
}
/*
函数名称：u8 DS18B20_WriteByte(void)
函数功能：向DS18B20写入一个字节的数据
函数形参：写入的字节数据
*/
void DS18B20_WriteByte(u8 byte)
{
    u16 i=0,j=0;
    for(j=0;j<8;j++)
    {
        DS18B20_GPIO=0;//每写入一位数据之前先把总线拉低1us
        i++; //+1消耗的时间是12us
        DS18B20_GPIO=byte&0x01;//然后写入一个数据，从最低位开始
        i=6;
        while(i--){}//持续时间最少60us，这里大概72us
        DS18B20_GPIO=1;//然后释放总线
        byte>>=1;//继续发送
    }
}
/*
函数名称：u8 DS18B20_ReadByte(void)
函数功能：从DS18B20读取一个字节的数据
返 回 值：读到的数据
*/
u8 DS18B20_ReadByte(void)
{
    u8 byte=0;
    u16 i=0,j=0;    
    for(j=0;j<8;j++)
    {
        DS18B20_GPIO=0;//先将总线拉低1us
        i++;//+1消耗的时间是12us
        DS18B20_GPIO=1;//然后释放总线
        i++; 
        i++;//至少等待15us的时间，在读取数据
        byte>>=1; //先从低位开始接收数据
        if(DS18B20_GPIO)byte|=0x80;                   
        i=4; //读取完之后等待48us再接着读取下一个数据
        while(i--){}
    }               
    return byte;
}
/*
函数名称：u16 DS18B20_ReadTemp(void)
函数功能：读取一次DS18B20的温度数据
返 回 值：读取的温度值
注意: 返回值要使用有符号的数据类型，因为温度可以返回负数。
*/
int DS18B20_ReadTemp(void)
{
    int temp=0;//存放温度数据
    u8 TH,TL;
    //第一步: 启动温度转换
    DS18B20_ResetSignal(); //发送复位脉冲并检测应答信号
    DS18B20_WriteByte(0xcc);//跳过ROM操作命令      
    DS18B20_WriteByte(0x44);//温度转换命令
    
    //第二步: 读取温度
    DS18B20_ResetSignal();//发送复位脉冲并检测应答信号
    DS18B20_WriteByte(0xcc);//跳过ROM操作命令
    DS18B20_WriteByte(0xbe);//发送读取温度命令
    TL=DS18B20_ReadByte();//读取温度值共16位，先读低字节
    TH=DS18B20_ReadByte();//再读高字节
    temp=TH<<8|TL; //合并成16位
    return temp;
}
int main()
{
    int temp=0;
    UART_Init();        //初始化串口波特率为4800
    while(1)
    {
        temp=DS18B20_ReadTemp();
        if(temp<0) //如果温度是负数
        {
            temp=temp-1;
            temp=~temp;
            printf("DS18b20=-%d.%d\r\n",temp>>4,temp&0xF);
        }
        else
        {
            printf("DS18b20=%d.%d\r\n",temp>>4,temp&0xF);
        }
        DelayMs(1000);
}
}