DS18B20温度传感器工作原理
DS18B20技术性能特征
①、独特的单总线接口方式，DS18B20在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。大大提高了系统的抗干扰性。
② 、测温范围 －55℃～+125℃，精度为±0．5℃。
③、支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。
④、工作电源: 3.0~5.5V/DC（可以数据线寄生电源）。
⑤ 、在使用中不需要任何外围元件。
⑥、测量结果以9~12位数字量方式串行传送。
DS18B20硬件连接
DS18B20通信类型
单总线是一种半双工通信方式
DS18B20共有6种信号类型：复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0和读1。
所有这些信号，除了应答脉冲以外，都由主机发出同步信号。并且发送所有的命令和数据都是字节的低位在前。
复位脉冲
单总线上的所有通信都是以初始化序列开始。主机输出低电平，保持低电平时间至少480us，，以产生复位脉冲。接着主机释放总线，4.7K的上拉电阻将单总线拉高，延时15～60us，并进入接收模式(Rx)。接着DS18B20拉低总线60~240 us，以产生低电平应答脉冲。
写时序
写时序包括写0时序和写1时序。所有写时序至少需要60us，且在2次独立的写时序之间至少需要1us的恢复时间，两种写时序均起始于主机拉低总线。
写0时序：主机输出低电平，延时60us，然后释放总线，延时2us。
写1时序：主机输出低电平，延时2us，然后释放总线，延时60us。
读时序
单总线器件仅在主机发出读时序时，才向主机传输数据，所以，在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时序，以便从机能够传输数据。所有读时序至少需要60us，且在2次独立的读时序之间至少需要1us的恢复时间。每个读时序都由主机发起，至少拉低总线1us。主机在读时序期间必须释放总线，并且在时序起始后的15us之内采样总线状态。
典型的读时序过程为：主机输出低电平延时2us，然后主机转入输入模式延时12us，然后读取单总线当前的电平，然后延时50us。
温度读取过程
DS18B20的典型温度读取过程为：
①复位
②发SKIPROM命令（0XCC）
③发开始转换命令（0X44）
④复位
⑤发送SKIPROM命令（0XCC）
⑥发读存储器命令（0XBE）
⑦连续读出两个字节数据(即温度)
⑧结束。
温度数据的存储
转化后得到的11位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中， MSB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再乘于0.0625即可得到实际温度。
例如+125℃的数字输出为07D0H，，-25.0625℃的数字输出为FE6FH
实例分析
测量温度，并串口打印
cubemx配置
只需要将连接传感器的信号线的管脚配置为输出模式即可
代码实操
ds18b20.h
#ifndef __DS18B20_H
#define __DS18B20_H
#include "stm32f4xx_hal.h"
//IO方向设置
#define DS18B20_IO_IN() {GPIOG->MODER&=~(3<<(6*2));GPIOG->MODER|=0<<(6*2);} //PG6输入模式
#define DS18B20_IO_OUT() {GPIOG->MODER&=~(3<<(6*2));GPIOG->MODER|=1<<(6*2);} //PG6输出模式
IO操作函数
#define DS18B20_OUT_LOW HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET) //数据端口 PG6
#define DS18B20_OUT_HIGH HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET) //数据端口 PG6
#define DS18B20_DQ_IN HAL_GPIO_ReadPin(GPIOG, GPIO_PIN_6) //数据端口 PG6
uint8_t DS18B20_Init(void); //初始化DS18B20
short DS18B20_Get_Temp(void); //获取温度
void DS18B20_Start(void); //开始温度转换
void DS18B20_Write_Byte(uint8_t dat);//写入一个字节
uint8_t DS18B20_Read_Byte(void); //读出一个字节
uint8_t DS18B20_Read_Bit(void); //读出一个位
uint8_t DS18B20_Check(void); //检测是否存在DS18B20
void DS18B20_Reset(void); //复位DS18B20
#endif
ds18b20.c
#include "ds18b20.h"
uint32_t usctick = 0;
uint32_t time_delay = 0;
extern TIM_HandleTypeDef htim6;
//延时nus
//nus为要延时的us数.
//nus:0~190887435(最大值即2^32/fac_us@fac_us=168)
static uint8_t fac_us = 168; //这里主时钟为168M, 所以在1us内ticks会减168次
void delay_us(uint32_t nus)
{
uint32_t ticks;
uint32_t told,tnow,tcnt=0;
uint32_t reload=SysTick->LOAD; //LOAD的值
ticks=nus*fac_us; //1us需要的节拍数
told=SysTick->VAL; //刚进入时的计数器值
while(1)
{
tnow=SysTick->VAL;
if(tnow!=told)
{
if(tnow<told)tcnt+=told-tnow; //这里注意一下SYSTICK是一个递减的计数器就可以了.
else tcnt+=reload-tnow+told;
told=tnow;
if(tcnt>=ticks)break; //时间超过/等于要延迟的时间,则退出.
}
};
}
//复位DS18B20
void DS18B20_Reset(void)
{
DS18B20_IO_OUT(); //设置为输出
DS18B20_OUT_LOW ; //拉低DQ
delay_us(650); //拉低650us
DS18B20_OUT_HIGH ; //拉高DQ
delay_us(20); //20US
}
//等待DS18B20的回应
//返回1:未检测到DS18B20的存在
//返回0:存在
uint8_t DS18B20_Check(void)
{
uint8_t retry=0;
DS18B20_IO_IN(); //设置为输入
//等待DS18B20拉低总线回应，如果超过200us未拉低，则认为未回应
while ((DS18B20_DQ_IN == 1) && (retry<200))
{
retry++;
delay_us(1);
};
if(retry>=200)return 1; //DS18B20超时未拉低总线
else retry=0; //DS18B20拉低总线
while ( (DS18B20_DQ_IN == 0 ) && ( retry < 240) ) //测试拉低总线的时间是否在240us内
{
retry++;
delay_us(1);
};
if(retry>=240)return 1; //超过240us错误
return 0; //正确回应
}
//从DS18B20读取一个位
//返回值：1/0
uint8_t DS18B20_Read_Bit(void)
{
uint8_t data;
DS18B20_IO_OUT(); //设置为输出
DS18B20_OUT_LOW ; //拉低DQ
delay_us(3);
DS18B20_OUT_HIGH ; //拉高DQ
DS18B20_IO_IN(); //设置为输入
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,先读数据的低位
uint8_t DS18B20_Read_Byte(void)
{
uint8_t i,j,dat;
dat=0;
for (i=0;i<8;i++)
{
j=DS18B20_Read_Bit();
dat=(j<<i)|dat;
}
return dat;
}
//写一个字节到DS18B20
//dat：要写入的字节
void DS18B20_Write_Byte(uint8_t dat)
{
uint8_t j;
uint8_t testb;
DS18B20_IO_OUT(); //设置为输出
for (j=1;j<=8;j++)
{
testb=dat&0x01;
dat=dat>>1;
if(testb) // 写1
{
DS18B20_OUT_LOW ; //拉低DQ
delay_us(2);
DS18B20_OUT_HIGH ; //拉高DQ
delay_us(60);
}
else //写0
{
DS18B20_OUT_LOW ; //拉低DQ
delay_us(60);
DS18B20_OUT_HIGH ; //拉高DQ
delay_us(2);
}
}
}
void DS18B20_Start(void)
{
//开始温度转换
DS18B20_Reset();
DS18B20_Check();
DS18B20_Write_Byte(0xcc); // skip rom
DS18B20_Write_Byte(0x44); // convert
//开始读取温度
DS18B20_Reset();
DS18B20_Check();
DS18B20_Write_Byte(0xcc); // skip rom
DS18B20_Write_Byte(0xbe); // convert
}
//初始化DS18B20的IO口 DQ 同时检测DS的存在
//返回1:不存在
//返回0:存在
uint8_t DS18B20_Init(void)
{
DS18B20_Reset();
return DS18B20_Check();
}
//从ds18b20得到温度值
//精度：0.1C
//返回值：温度值 （-550~1250）
short DS18B20_Get_Temp(void)
{
uint8_t temp;
uint8_t TL,TH;
short tem;
DS18B20_Start (); //开始转换读取
TL=DS18B20_Read_Byte(); // LSB
TH=DS18B20_Read_Byte(); // MSB
if(TH>7) //温度为负
{
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=(double)tem*0.625;//转换 获得不带符号位的11位温度值
if(temp)return tem; //返回温度值
else return -tem;
}
main函数
printf("this is DS18B20 test
");
if(!DS18B20_Init())
{
printf(" DS18B20 is here
");
}else
{
printf(" DS18B20 is not here
");
}
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
temperature = DS18B20_Get_Temp();
if(temperature<0)
{
printf("-"); //显示负号
temperature=-temperature; //转为正数
}
printf("temperature = %d.%d
",temperature/10,temperature%10);
HAL_Delay(1000);
}