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51单片机嵌入式开发：22、STC89C52R控制 实现单总线温度传感器DS18b20的温度读取

news 来源：原创 2024/9/20 5:44:05

STC89C52R控制 实现单总线温度传感器DS18b20的温度读取

  • 1 概述
    • 1.1 介绍
    • 1.2 特点
    • 1.3 应用领域
  • 2 DS18B20原理详解
    • 2.1 内部机理
    • 2.2 读写时序
    • 2.3 DS18B20操作代码程序
  • 3 演示
  • 4 总结

配套演示例程

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1 概述

DS18B20是一款数字温度传感器，由Maxim Integrated（美信集成）公司生产。它采用单总线数据通信协议，使得与微处理器的接口非常简单。以下是关于DS18B20的一些介绍

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1.1 介绍

DS18B20基于数字式温度转换技术，能够直接将温度转换为数字信号输出。它内置了温度传感器和模数转换器，可以提供高精度的温度测量结果。

1.2 特点

数字输出：DS18B20输出为数字格式，便于微处理器读取和处理。
精度：具有高精度的温度测量能力，可达到±0.5°C的精度范围。
单总线通信：采用单总线通信协议，只需要一个GPIO引脚即可完成数据通信。
多功能性：DS18B20可以在不同分辨率下进行温度测量，并支持多个传感器在同一总线上工作。
低功耗：在待机模式下功耗非常低，适合用于电池供电的应用。

1.3 应用领域

工业应用：用于工业自动化、温度监测和控制系统。
家用电器：如温度控制器、恒温器等。
电子设备：如电脑、服务器等设备的温度监测。
接口：DS18B20通过3个引脚进行连接，分别为VCC（供电）、GND（地）和DQ（数据引脚）。
总的来说，DS18B20作为一款数字温度传感器，具有精度高、接口简单、多功能性强等特点，广泛应用于各种需要温度监测的场合。

2 DS18B20原理详解

2.1 内部机理

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DS1820S（16 脚 SSOP）：所有上表中未提及的引脚都无连接。 概览 图 1 的方框图示出了 DS1820 的主要部件。DS1820 有三个主要数字部件：1）64 位激光 ROM， 2）温度传感器，3）非易失性温度报警触发器 TH 和 TL。器件用如下方式从单线通讯线上汲 取能量：在信号线处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗 电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。DS1820 也可用外部 5V 电 源供电。

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DS1820 依靠一个单线端口通讯。在单线端口条件下，必须先建立 ROM 操作协议，才能进行存 储器和控制操作。因此，控制器必须首先提供下面 5 个 ROM 操作命令之一：1）读 ROM，2） 匹配 ROM，3）搜索 ROM，4）跳过 ROM，5）报警搜索。这些命令对每个器件的激光 ROM 部分 进行操作，在单线总线上挂有多个器件时，可以区分出单个器件，同时可以向总线控制器指 明有多少器件或是什么型号的器件。成功执行完一条 ROM 操作序列后，即可进行存储器和控 制操作，控制器可以提供 6 条存储器和控制操作指令中的任一条。 一条控制操作命令指示 DS1820 完成一次温度测量。测量结果放在 DS1820 的暂存器里，用一 条读暂存器内容的存储器操作命令可以把暂存器中数据读出。温度报警触发器 TH 和 TL 各由 一个 EEPROM 字节构成。如果没有对 DS1820 使用报警搜索命令，这些寄存器可以做为一般用 途的用户存储器使用。可以用一条存储器操作命令对 TH 和 TL 进行写入，对这些寄存器的读 出需要通过暂存器。所有数据都是以最低有效位在前的方式进行读写。 寄生电源 寄生电源的方框图见图 1。这个电路会在 I/O 或 VDD 引脚处于高电平时“偷”能量。当有特 定的时间和电压需求时（见节标题“单线总线系统”），I/O 要提供足够的能量。寄生电源 有两个好处：1）进行远距离测温时，无需本地电源，2）可以在没有常规电源的条件下读 ROM。 要想使 DS1820 能够进行精确的温度转换，I/O 线必须在转换期间保证供电。由于 DS1820 的 工作电流达到 1mA，所以仅靠 5K 上拉电阻提供电源是不行的，当几只 DS1820 挂在同一根 I/O 线上并同时想进行温度转换时，这个问题变得更加尖锐。 有两种方法能够使 DS1820 在动态转换周期中获得足够的电流供应。第一种方法，当进行温度 转换或拷贝到 E 2 存储器操作时，给 I/O 线提供一个强上拉。用 MOSFET 把 I/O 线直接拉到电源 上就可以实现，见图 2。在发出任何涉及拷贝到 E 2 存储器或启动温度转换的协议之后，必须 在最多 10μs 之内把 I/O 线转换到强上拉。使用寄生电源方式时，VDD 引脚必须接地。

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另一种给 DS1820 供电的方法是从 VDD 引脚接入一个外部电源，见图 3。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。另外，在单线总线上可以挂任意多片 DS1820，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。注意当加上外部电源时，GND 引脚不能悬空。

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温度高于 100℃时，不推荐使用寄生电源，因为 DS1820 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 DS1820 的 VDD 引脚。 对于总线控制器不知道总线上的 DS1820 是用寄生电源还是用外部电源的情况，DS1820 预备 了一种信号指示电源的使用意图。总线控制器发出一个 Skip ROM 协议，然后发出读电源命令， 这条命令发出后，控制器发出读时间隙，如果是寄生电源，DS1820 在单线总线上发回“0”， 如果是从 VDD 供电，则发回“1”，这样总线控制器就能够决定总线上是否有 DS1820 需要强 上拉。如果控制器接收到一个“0”，它就知道必须在温度转换期间给 I/O 线提供强上拉。这 个命令协议详见“存储器操作命令”节。

2.2 读写时序

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2.3 DS18B20操作代码程序

配套演示例程

//main.c文件

#include "includes.h"/******************************************************************/
/*                    微秒延时函数  //10us                         */
/******************************************************************/
void delay_us(unsigned int us)//delay us
{while(us--){}
}/******************************************************************/
/*                    微秒延时函数                                */
/******************************************************************/
void delay_ms(unsigned int Ms)//delay us
{while(Ms--){delay_us(100);}
}/*------------------------------------------------主函数
------------------------------------------------*/#define uchar unsigned char
#define uint   unsigned int;
/******************************************************************/
/*                    定义端口                                    */
/******************************************************************/
sbit seg1=P2^0;
sbit seg2=P2^1;
sbit seg3=P2^2;
sbit DQ=P1^3;//ds18b20 端口
sfr dataled=0x80;//显示数据端口
/******************************************************************/
/*                    全局变量                                    */
/******************************************************************/
uint temp;
uchar flag_get,count,num,minute,second;
uchar code tab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//7段数码管段码表共阳
uchar  str[6];
/******************************************************************/
/*                   函数声明                                     */
/******************************************************************/
void delay1(uchar MS);
unsigned int ReadTemperature(void);
void Init_DS18B20(void);
unsigned char ReadOneChar(void);
void WriteOneChar(unsigned char dat);
void delay(unsigned int i);
/******************************************************************/
/*                    主函数                                      */
/******************************************************************/
main()
{
unsigned char TempH,TempL;
TMOD|=0x01;//定时器设置
TH0=0xef;
TL0=0xf0;
IE=0x82;
TR0=1;
P2=0x00;  
count=0;
while(1)
{str[5]=0x39;         //显示C符号str[1]=tab[TempH/100]; //十位温度str[2]=tab[(TempH%100)/10]; //十位温度str[3]=tab[(TempH%100)%10]|0x80; //个位温度,带小数点str[4]=tab[TempL];if(flag_get==1)       //定时读取当前温度{temp=ReadTemperature();if(temp&0x8000){str[0]=0x40;//负号标志temp=~temp;  // 取反加1temp +=1;}elsestr[0]=0;TempH=temp>>4;TempL=temp&0x0F;TempL=TempL*6/10;//小数近似处理flag_get=0;}}
}/******************************************************************/
/*                  定时器中断                                    */
/******************************************************************/
void tim(void) interrupt 1 using 1//中断，用于数码管扫描和温度检测间隔
{
TH0=0xef;//定时器重装值
TL0=0xf0;
num++;
if (num==50){num=0;flag_get=1;//标志位有效second++;if(second>=60){second=0;minute++;  }}
count++;
if(count==1){P2=0;dataled=str[0];}//数码管扫描
if(count==2){P2=1;dataled=str[1];}
if(count==3){ P2=2;dataled=str[2];}
if(count==4){ P2=3;dataled=str[3];}
if(count==5){ P2=4;dataled=str[4];}
if(count==6){ P2=5;dataled=str[5];count=0;}
}
/******************************************************************/
/*                    延时函数                                    */
/******************************************************************/
void delay(unsigned int i)//延时函数
{while(i--);
}
/******************************************************************/
/*                    初始化                                      */
/******************************************************************/
void Init_DS18B20(void)
{unsigned char x=0;DQ = 1;    //DQ复位delay(8);  //稍做延时DQ = 0;    //单片机将DQ拉低delay(80); //精确延时 大于 480usDQ = 1;    //拉高总线delay(10);x=DQ;      //稍做延时后 如果x=0则初始化成功 x=1则初始化失败delay(5);
}/******************************************************************/
/*                    读一个字节                                  */
/******************************************************************/
unsigned char ReadOneChar(void)
{
unsigned char i=0;
unsigned char dat = 0;
for (i=8;i>0;i--){DQ = 0; // 给脉冲信号dat>>=1;DQ = 1; // 给脉冲信号if(DQ)dat|=0x80;delay(5);}return(dat);
}/******************************************************************/
/*                 写一个字节                                     */
/******************************************************************/
void WriteOneChar(unsigned char dat)
{unsigned char i=0;for (i=8; i>0; i--){DQ = 0;DQ = dat&0x01;delay(5);DQ = 1;dat>>=1;}
delay(5);
}/******************************************************************/
/*                   读取温度                                     */
/******************************************************************/
unsigned int ReadTemperature(void)
{
unsigned char a=0;
unsigned int b=0;
unsigned int t=0;
Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xCC); // 跳过读序号列号的操作
WriteOneChar(0x44); // 启动温度转换
delay(200);
Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作 
WriteOneChar(0xBE); //读取温度寄存器等（共可读9个寄存器） 前两个就是温度
a=ReadOneChar();   //低位
b=ReadOneChar();   //高位b<<=8;
t=a+b;return(t);
}

3 演示

（1）实物测试

在这里插入图片描述

（2）Proteus仿真

在这里插入图片描述

配套演示例程

4 总结

DS18B20在实际应用中具有重要的价值，主要体现在以下方面：

  1. 高精度温度测量：DS18B20以其高精度的温度测量能力（±0.5°C），可用于对温度精度要求较高的应用场景，如医疗设备、实验室仪器等。
  2. 数字输出便捷性：由于DS18B20输出为数字格式，与微处理器的接口简单，便于数据处理和集成到各种数字化系统中。
  3. 灵活性和多功能性：DS18B20支持不同分辨率的温度测量，允许多个传感器在同一总线上工作，提供了灵活性和多样化的应用选择。
  4. 节能环保：DS18B20在待机模式下功耗很低，适合电池供电的应用，有助于节约能源和延长设备使用时间。
  5. 应用广泛：DS18B20被广泛应用于工业控制系统、家用电器、汽车电子、气象站、数据中心等领域，为各种温度监测和控制任务提供可靠的解决方案。
  6. 成本效益：相对于一些其他高精度温度传感器，DS18B20的成本较低，提供了一种经济实惠的温度测量解决方案。
    总的来说，DS18B20作为一款可靠、高性能且成本效益高的数字温度传感器，提供了精准、便捷、节能的温度监测解决方案，对于许多行业和领域的温度控制和监测具有重要的应用价值。

配套演示例程

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