51单片机与DS18B20.ppt

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1、单总线数字温度传感器DS18B20,单线总线特点,单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换，控制都由这根线完成。单总线通常要求外接一个约为 4.7K10K 的上拉电阻，这样，当总线闲置时其状态为高电平。,DS18B20的特点,DS18B20 单线数字温度传感器，即“一线器件”，其具有独特的优点：（1）采用单总线的接口方式 与微处理器连接时 仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。（2）测量温度范围宽，测量精度高 DS18B20 的测量

2、范围为-55+125；在-10+85C 范围内，精度为 0.5C。（3）在使用中不需要任何外围元件。（4）持多点组网功能 多个 DS18B20 可以并联在惟一的单线上，实现多点测温。（5）供电方式灵活 DS18B20 可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而 使系统结构更趋简单，可靠性更高。（6）测量参数可配置 DS18B20 的测量分辨率可通过程序设定 912 位。（7）负压特性 电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。（8）掉电保护功能 DS18B20 内部含有 EEPROM，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报

3、警温度的设定值。DS18B20 具有体积更小、适用电压更宽、更经济、可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围，适合于构建自己的经济的测温系统，因此也就被设计者们所青睐。,DS18B20内部结构如图所示，主要由4部分组成：64 位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作 是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的排的循环冗余校验码（CRC=X8X5X41）。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。,DS18B20管

4、脚排列,DS18B20的管脚排列1.GND为电源 地；2.DQ为数字信号输入输出端；3.VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地，,寄生电源工作方式（电源从IO口上获得）注意：当温度高于 时，不能使用寄生电源，因为此时器件中较大的漏电流会使总线不能可靠检测高低电平，从而导致数据传输误码率的增大。,外接电源工作方式,锐志RZ-51V2.0开发板18B20连接示意图,（因为我们开发板上P0P3口均有上拉电阻 所以此处没有画出）,DS18B20内部构成,DS18B20 内部结构主要由四部分组成：64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。光刻 R

5、OM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20 的地址序列码。64 位光刻 ROM 的排列是：开始 8 位（地址：28H）是产品类型标号，接着的 48 位是该 DS18B20 自身的序列号，并且每个 DS18B20 的序列号都不相同，因此它可以看作是该 DS18B20 的地址序列码；最后 8 位则是前面 56 位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。由于每一个 DS18B20 的 ROM 数据都各不相同，因此微控制器就可以通过单总线对多个 DS18B20 进行寻址，从而实现一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的。,DS18B20中的温度传感器完成对

6、温度的测量，用16位二进制形式提供，形式表达，其中S为符号位。例 如125的数字输出为07D0H（正温度 直接吧16进制数转成10进制即得到温度值）-55的数字输出为 FC90H。（负温度 把得到的16进制数 取反后 加1 再转成10进制数）,其中配置寄存器的格式如下：低五位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，如下图所示：（DS18B20出厂时被设置为12位）,配置寄存器与分辨率关系表,高速暂存存储器由9个字节组成，当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存

7、放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，对应的温度计算：当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。,DS18B20的工作时序,DS18B20的一线工作协议流程是：初始化ROM操作指令存储器操作指令数据传输。其工作时序包括：初始化时序写时序读时序,初始化时序,主机首先发出一个480960微秒的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的480微秒时间内对总线进行检测，如果有低电平出现说明总线上有器件已做出应答。若无低电平出现一直都是高电平说明总线上无器件应答。做为从器件的DS18B20在一

8、上电后就一直在检测总线上是否有480960微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待1560微秒后将总线电平拉低60240微秒做出响应存在脉冲，告诉主机本器件已做好准备。若没有检测到就一直在检测等待。,接下来就是主机发出各种操作命令，但各种操作命令都是向DS18B20写0和写1组成的命令字节，接收数据时也是从DS18B20读取0或1的过程。因此首先要搞清主机是如何进行写0、写1、读0和读1的。写周期最少为60微秒，最长不超过120微秒。写周期一开始做为主机先把总线拉低1微秒表示写周期开始。随后若主机想写0，则继续拉低电平最少60微秒直至写周期结束，然后释放总线为高电平。若主机想写1，在一

9、开始拉低总线电平1微秒后就释放总线为高电平，一直到写周期结束。而做为从机的DS18B20则在检测到总线被拉底后等待15微秒然后从15us到45us开始对总线采样，在采样期内总线为高电平则为1，若采样期内总线为低电平则为0。,对DS18B20的写和读操作,对于读数据操作时序也分为读0时序和读1时序两个过程。读时隙是从主机把单总线拉低之后，在1微秒之后就得释放单总线为高电平，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在检测到总线被拉低1微秒后，便开始送出数据，若是要送出0就把总线拉为低电平直到读周期结束。若要送出1则释放总线为高电平。主机在一开始拉低总线1微秒后释放总线，然后在包括前面

10、的拉低总线电平1微秒在内的15微秒时间内完成对总线进行采样检测，采样期内总线为低电平则确认为0。采样期内总线为高电平则确认为1。完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成,DS18B20 单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，如果出现序列混乱，1-WIRE 器件将不响应主机，因此读写时序很重要。系统对 DS18B20 的各种操作必须按协议进行。根据 DS18B20 的协议规定，微控制器控制 DS18B20 完成温度的转换必须经过以下 4 个步骤：（）每次读写前对 DS18B20 进行复位初始化。复位要求主 CPU 将数据线下拉 500us，然后释放，DS18B20 收到信号后等待 1

11、6us60us 左右，然后发出 60us240us 的存在低脉冲，主 CPU 收到此信号后表示复位成功。（）发送一条 ROM 指令,1.读ROM该命令仅适用于总线上只有一个从机设备。他允许主机直接读出从机的64位ROM代码，而无须执行搜索ROM过程。如果该命令用于多节点系统，由于每个从机设备都会响应该命令，因此将会发生数据冲突。2.ROM匹配此命令跟随64位ROM代码，从而允许主机访问多节点系统中某个指定的从机设备。仅当从机完全匹配64位ROM代码时，才会响应主机随后发出的功能命令。其他设备将处于等待复位脉冲状态。,3.跳过ROM主机能够采用该命令同时访问总线上的所有从机设备，而无须发出任何R

12、OM代码信息。例如，主机通过在发出跳过ROM命令后跟随转换温度命令（44H），就可以同时命令总线上所有的DS18B20开始转换温度，这样大大节省了主机的时间。值得注意的是，如果跳过ROM命令跟随的是读暂存器（BEH）的命令，则该命令只能应用于单节点系统，否则由于多个节点都响应该命令而引起数据冲突。4.搜索ROM当系统初始上电时，主机必须找出总线上所有从机设备的ROM代码，这样主机能够判断从机的数目和类型。主机通过重复执行搜索ROM循环，以找出总线上所有的从机设备。如果总线上只有一个从机设备，则可以采用读ROM命令来代替搜索ROM命令。每次执行完搜索ROM循环后，主机必须返回第一步（初始化）。,

13、5.报警搜索此命令的流程与搜索ROM命令相同。但是，仅在最近一次温度测量出现报警的情况下，DS18B20才对此命令作出响应。报警的条件定义为温度高于TH或低于TL。只要DS18B20一上电，报警条件就保持在设置状态，直到另一次温度测量显示出非报警值，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内。,（）发送存储器指令,DS18B20 的存储器指令集,1.读暂存器此命令用于读暂存存储器的内容。读出的数据从暂存存储器的字节0开始，直至第九个字节（字节8，CRC）被读出为止。如果不想读完所有字节，控制器可以再任何时间发出复位命令中止读取。暂存存储器的数据组织如表,现在我们要做的是让DS1

14、8B20进行一次温度的转换，那具体的操作就是：1、主机先作个复位操作，2、主机再写跳过ROM的操作（CCH）命令，3、然后主机接着写个转换温度的操作命令，后面释放总线至少一秒，让DS18B20完成转换的操作。在这里要注意的是每个命令字节在写的时候都是低字节先写，例如CCH的二进制为11001100，在写到总线上时要从低位开始写，写的顺序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹”。整个操作的总线状态如下图。,读取RAM内的温度数据。同样，这个操作也要接照三个步骤。1、主机发出复位操作并接收DS18B20的应答（存在）脉冲。2、主机发出跳过对ROM操作的命令（CCH）。3、主机发出读取RAM的命令（BE

15、H），随后主机依次读取DS18B20发出的从第0一第8，共九个字节的数据。如果只想读取温度数据，那在读完第0和第1个数据后就不再理会后面DS18B20发出的数据即可。同样读取数据也是低位在前的。整个操作的总线状态如下图：,在这里说明一下，第二步跳过对ROM操作的命令是在总线上只有一个器件时，为节省时间而简化的操作，若总线上不止一个器件，那么跳过ROM操作命令将会使几器件同时响应，这样就会出现数据冲突。,初始化时序,bit Init_DS18B20(void)bit flag;/储存DS18B20是否存在的标志，flag=0，存在；flag=1，不存在 DQ=1;/先将数据线拉高 for(tim

16、e=0;time2;time+);/略微延时约6微秒/再将数据线从高拉低，要求保持480960usDQ=0;for(time=0;time200;time+);/略微延时约600微秒/以向DS18B20发出一持续480960us的低电平复位脉冲 DQ=1;/释放数据线（将数据线拉高）for(time=0;time10;time+);/延时约30us（释放总线后需等待1560us让DS18B20输出存在脉冲）flag=DQ;/让单片机检测是否输出了存在脉冲（DQ=0表示存在）for(time=0;time200;time+);/延时足够长时间，等待存在脉冲输出完毕return(flag);/返回

17、检测成功标志,unsigned char ReadOneChar(void)unsigned char i=0;unsigned char dat;/储存读出的一个字节数据for(i=0;i=1;if(DQ=1)dat|=0 x80;/如果读到的数据是1，则将1存入datelsedat|=0 x00;/如果读到的数据是0，则将0存入dat for(time=0;time8;time+);/延时3us,两个读时序之间必须有大于1us的恢复期 return(dat);/返回读出的十六进制数据,unsigned char ReadOneChar(void)unsigned char i=0;unsi

18、gned char dat;/储存读出的一个字节数据for(i=0;i=1;if(DQ=1)dat|=0 x80;/如果读到的数据是1，则将1存入datelsedat|=0 x00;/如果读到的数据是0，则将0存入dat for(time=0;time8;time+);/延时3us,两个读时序之间必须有大于1us的恢复期 return(dat);/返回读出的十六进制数据,WriteOneChar(unsigned char dat)unsigned char i=0;for(i=0;i=1;/将dat中的各二进制位数据右移1位 for(time=0;time4;time+);/稍作延时,给硬件一点反应时间,