DS18B20外设驱动

应用最广泛的测温传感器

简介

DS18B20通过1-Wire总线进行通信，根据定义，该总线仅需要一条数据线(和地线)即可与中央微处理器进行通信。它的工作温度范围为 -55°C 至 +125°C，在–10°C 至 +85°C 的范围内精确至 0.5°C。 此外，DS18B20可以直接从数据线获取电源（“寄生电源”），而无需外部电源。

每个DS18B20都有一个唯一的64位串行代码，它允许多个DS18B20在同一条1线总线上工作。 因此，使用一个微处理器控制分布在大面积上的许多DS18B20就很简单，DS18B20也由此成为温控系统中最常用的传感器。

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温度测量工作原理

• 使用DS18B20时可以将温度传感器的分辨率配置为9、10、11或12位，分别对应于0.5C，0.25C，0.125C和0.0625C的增量；
• 要启动温度测量和a-D转换，主机必须发出Convert T[44h]命令；
• 转换后，产生的热数据存储在草稿行内存中的2字节温度寄存器中，DS18B20返回到空闲状态。

寄存器格式

• DS18B20输出温度数据以摄氏度校准，温度数据以16位符号扩展2的补码形式存储在温度寄存器中；
• 符号位表示温度是正还是负：正数S=0，负数S=1；
• 如果DS18B20配置为12位分辨率，则温度寄存器中的所有位都将包含有效数据；
• 分辨率位为1，代表加上该位的一个增量。

LS Byte：

bit 7	bit 6	bit 5	bit 4	bit 3	bit 2	bit 1	bit 0
2^3	2^2	2^1	2^0	2^-1	2^-2	2^-3	2^-4

MS Byte

bit 15	bit 14	bit 13	bit 12	bit 11	bit 10	bit 9	bit 8
S	S	S	S	S	2^6	2^5	2^4

温度/DATA关系表(示例)

温度	数字信号输出(二进制)	数字信号输出(十六进制)	计算过程
+125°C	0000 0111 1101 0000	07D0h	2^0+2^2+2^3+2^4+2^5+2^6=125
+85°C	0000 0101 0101 0000	0550h	2^0+2^2+2^4+2^6=85
+25.0625°C	0000 0001 1001 0001	0192h	2^-4+2^0+2^3+2^4=25.0625
+10.125°C	0000 0000 1010 0010	00A2h	2^-3+2^1+2^3=10.125
+0.5°C	0000 0000 0000 1000	0008h	2^-1=0.5
0°C	0000 0000 0000 0000	0000h	0
-0.5°C	1111 1111 1111 1000	FFF8h	2^-1=0.5
-10.125°C	1111 1111 0101 1110	FF5Eh	2^-3+2^1+2^3=10.125
-25.0625°C	1111 1110 0110 1111	FE6Fh	2^-4+2^0+2^3+2^4=25.0625
-55°C	1111 1100 1001 0000	FC90h	2^0+2^2+2^3+2^4+2^5+2^6=125

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寄存器指令

DS18B20的操作顺序为：

1. 复位指令

2. ROM指令

   

3. DS18B20功能指令

   

常用ROM指令：

SKIP ROM [CCh]：主机可以使用该命令同时寻址总线上的所有设备，而无需发送任何ROM代码信息。

​ 用法1：通过允许主机从机读取而不发送设备的64位ROM代码来节省时间(只有在总线上只有一个从设备时可用)

ds_write_byte(bus,0xcc);
ds_write_byte(bus,0xbe);
   //主机读取暂存器的信息，从字节0的最低有效位开始一直到暂存器直到读取第9个字节（8-0）
   //只有在总线上只有DS18B20的时候，[BEh]指令才能跟随在[CCh]指令之后；否则冲突
   //在这种情况下，可以允许主机从从机读取数据而不发送设备的64位ROM代码来节省时间

​ 用法2：主机可以通过发出Skip ROM命令和随后的Convert T [44h]命令，使总线上的所有DS18B20都同时执行温度转换

ds_write_byte(bus,0xcc);
   //跳过ROM代码信息的发送
ds_write_byte(bus,0x44);
   //使总线上所有DS18B20都同时执行温度转换

常用功能指令：

CONVERT T [44h]：该命令启动一次温度转换。 转换后，产生的热数据被存储在暂存器的2字节温度寄存器中，DS18B20返回其低功耗空闲状态。

**WRITE SCRATCHPAD [4Eh]： **该命令允许主机将3个字节的数据写入DS18B20的暂存器。 第一个数据字节写入TH寄存器（暂存器的字节2），第二个字节写入TL寄存器（字节3），第三个字节写入配置寄存器（字节4）。

READ SCRATCHPAD [BEh] ：该命令允许主机读取暂存器的内容。 数据传输从字节0的最低有效位开始，一直到暂存器，直到读取第9个字节（字节8 – CRC）

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MSP430程序

<DS18B20.h>：

#ifndef WL_DS18B20_H
#define WL_DS18B20_H

enum DS18B20_BUS_DEF                                    //枚举
{
	DS18B20_BUS_1,                                      //枚举第一项默认为0
	DS18B20_BUS_DEF_END                                 //1
};

void tem_change(uint8 bus);
float get_temperature(uint8 bus);

#endif

<DS18B20.c>：

1. 引脚操作函数

   void set_ds_output(uint8 bus)
   {
   	switch(bus)
   	{
   		case DS18B20_BUS_1:
   			P7DIR |= BIT2;			//P7.3设置为输出
   			break; 						          
   		default:
   			break;
   	}
   }

   void set_ds_input(uint8 bus)
   {
   	switch(bus)
   	{
   		case DS18B20_BUS_1:
   			P7DIR &= ~BIT2;			//P7.3设置为输入
   			break;						          
   		default:
   			break;
   	}
   }

   void set_ds_high(uint8 bus)
   {
   	switch(bus)
   	{
   		case DS18B20_BUS_1:
   			P7OUT |= BIT2;			//P7.2拉高
   			break;            
   		default:
   			break;
   	}	
   }

   void set_ds_low(uint8 bus)
   {
   	switch(bus)
   	{ 
   		case DS18B20_BUS_1:
   			P7OUT &= ~BIT2;			//P7.2拉低
   			break;            
   		default:
   			break;
   	}	
   }

   uint8 read_ds(uint8 bus)
   {
   	uint8 data;
   	switch(bus)
   	{
   		case DS18B20_BUS_1:
   			data=(P7IN & BIT2)?1:0;
   			break;						          
   		default:
   			break;
   	}	
       return data;
   }

   void Reset_18b20(uint8 bus) 
   {
      set_ds_output(bus);
      set_ds_high(bus);
      delay_us(1);        //1us
      set_ds_low(bus);
      delay_us(550); 	  //当总线停留在低电平超过480us，总线上所有器件都将被复位，这里
   					//延时约530us总线停留在低电平超过480μs，总线上的所有器件都将被复位。
   
      set_ds_high(bus);  //产生复位脉冲后，微处理器释放总线,让总线处于空闲状态，原因查18b20中文资料
   
      delay_us(45);; 	  //释放总线后，以便从机18b20通过拉低总线来指示其是否在线
                    	  //存在检测高电平时间:15~60us,所以延时44us,进行1-wire presence //detect（单线存在检测）
   
      set_ds_input(bus);
      if(read_ds(bus)==0)
           ds18b20_flag=1;     //detect 18b20 success
      else
           ds18b20_flag=0;     //detect 18b20 fail
      delay_us(28);            //存在检测低电平时间：60~240us，所以延时约140us
      set_ds_output(bus);
       
      set_ds_high(bus);        //再次拉高总线，让总线处于空闲状态	
      delay_us(50);
   }

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2. 读写操作函数

   读/写时间隙:DS1820 的数据读写是通过时间隙处理位和命令字来确认信息交换。

   uint8 ds_read_bit(uint8 bus)    //读一位
   {
   	uint8 dat;
       set_ds_output(bus);
      	set_ds_low(bus);        	//单片机（微处理器）将总线拉低
   	delay_us(1);        	    //读时隙起始于微处理器将总线拉低至少1us
      	set_ds_high(bus);        	//拉低总线后接着释放总线，让从机18b20能够接管总线，输出有效数据
   	delay_us(1);
   	                		   //小延时一下，读取18b20上的数据 ,因为从ds18b20上输出的数据
   							 //在读"时间隙"下降沿出现15us内有效
       set_ds_input(bus);
   	dat=read_ds(bus);         //主机读从机18b20输出的数据，这些数据在读时隙的下降沿出现15us内有效
   	delay_us(77);   		//所有读"时间隙"必须60~120us，这里77us
   	return(dat);   			//返回有效数据
   }

   uint8 ds_read_byte(uint8 bus ) 	 //读一字节
   {
   	uint8 value,i,j;
   	value=0;           			//给初值
   	for(i=0;i<8;i++)
   	{
   		j=ds_read_bit(bus);
   	    value=(j<<7)|(value>>1); //这一步的说明在一个word文档里面
   	}
   	return(value);        		//返回一个字节的数据
   }

   void ds_write_bit(uint8 bus,uint8 dat)
   {
   	if(dat)      			 //写 1
   	{
   		set_ds_low(bus);
   		delay_us(2);     
   		//asm("NOP");        //看时序图，至少延时1us，才产生写"时间隙" 
   		set_ds_high(bus);    //写时间隙开始后的15μs内允许数据线拉到高电平
   		delay_us(70); 		//所有写时间隙必须最少持续60us
   	}
   	else         			//写 0
   	{
   		set_ds_low(bus);
   		delay_us(64);    	//主机要生成一个写0 时间隙，必须把数据线拉到低电平并保持至少60μs，这里64us
   		set_ds_high(bus);
   	}	
   }

   void ds_write_byte(uint8 bus,uint8 dat) //写一个字节
   {
   uint8 i;
   uint8 onebit;        //一定不要忘了，onebit是一位
   	for(i=1;i<=8;i++) 
   	{
   	    onebit=dat&0x01;
   	    dat=dat>>1;
   		if(onebit)      //写 1
   		{
   			set_ds_low(bus);
   			delay_us(2);     
   			//asm("NOP");        //看时序图，至少延时1us，才产生写"时间隙" 
   			set_ds_high(bus);     //写时间隙开始后的15μs内允许数据线拉到高电平
   			delay_us(70);       //所有写时间隙必须最少持续60us
   		}
   		else         //写 0
   		{
   			set_ds_low(bus);
   			delay_us(64);    //主机要生成一个写0 时间隙，必须把数据线拉到低电平并保持至少60μs，这里64us
   			set_ds_high(bus);
   		}
   	}
   }

   ---

3. 温度功能函数

   void tem_change(uint8 bus)
   {
   	Reset_18b20(bus);
   	delay_us(100);              //约2ms
   	ds_write_byte(bus,0xcc);
       //跳过ROM代码信息的发送
   	ds_write_byte(bus,0x44);
       //使总线上所有DS18B20都同时执行温度转换
   }

   获取温度函数，返回值为一个十进制的温度值，精度为0.0625

   float get_temperature(uint8 bus)
   {
       uint8 a,b;
   	Reset_18b20(bus);
   	delay_us(150);              //约2ms
   	ds_write_byte(bus,0xcc);
   	ds_write_byte(bus,0xbe);
       //主机读取暂存器的信息，从字节0的最低有效位开始一直到暂存器直到读取第9个字节（8-0）
       //只有在总线上只有DS18B20的时候，[BEh]指令才能跟随在[CCh]指令之后；否则冲突
       //在这种情况下，可以允许主机从从机读取数据而不发送设备的64位ROM代码来节省时间
       
   	a=ds_read_byte(bus);
   	b=ds_read_byte(bus);
   	tempDS18B20=b;
   	tempDS18B20<<=8;
   	tempDS18B20=tempDS18B20|a;
   	biaozhi=0;
   	if((tempDS18B20&0x8000))
   	{
   	      biaozhi=1;//设置温度正负的标志
   	      tempDS18B20=(~tempDS18B20+1);
             tempDS18B20&=0x07FF;
   	} 
   	wendu=tempDS18B20*0.0625;       //得到真实十进制温度值，因为DS18B20
                                    	//可以精确到0.0625度，所以读回数据的最低位代表的是0.0625度
   	//	wendu=wendu*10.0+0.5;       //放大十倍，这样做的目的将小数点后第一位
   	                         	    //也转换为可显示数字，同时进行一个四舍五入操作。
       //tempDS18B20=(unsigned long int)(wendu*100+0.5);
       
       if(biaozhi)
           //tempDS18B20 |= 0x8000;
       	wendu*=(-1);
       Reset_18b20(bus);
   	return wendu;
   }