江科大51单片机笔记【12】DS18B20温度传感器（上）

写在前言

  此为博主自学江科大51单片机（B站）的笔记，方便后续重温知识

  在后面的章节中，为了防止篇幅过长和易于查找，我把一个小节分成两部分来发，上章节主要是关于本节课的硬件介绍、电路图、原理图等理论知识，主要是为下章节的代码部分打基础。

  我的单片机是24年12月在tb普中买的，型号是STC89C52，在原视频中引脚或接口不对应的我都会改正，保证在我的机子上能运行才发上来的，还有一些文字部分是我的理解，并非照搬，所以可能有理解不到位的现象。

  如有误或交流，敬请指点提问

思维导图：

先介绍温度传感器，然后是引脚及应用电路，内部结构，存储格式，单总线介绍、电路规划和时序结构，最后是数据帧

一、DS18B20

1.介绍

• DS18B20是一种常见的数字温度传感器，其控制命令和数据都是以数字信号的方式输入输出，相比较于模拟温度传感器，具有功能强大、硬件简单、易扩展、抗干扰性强等特点，如热敏电阻， 电压随温度变化，我们就可以需要额外一个AD转换芯片测量它的电压，这样单片机才能读取他的温度，应用方面不如数字温度传感器。比如下面左图1就是我们的DS18B20，他在内部集成了模拟温度传感器还有控制器，可以把温度转换好直接存在RAM里面，我们只需要读取就行了
• 测温范围：-55℃到+125摄氏度
• 通信接口：1-Wire（单总线）
• 其他特征：可形成总线结构、内置温度报警功能、可寄生供电（就是不用单独配置VCC，节省IO口）
• 左图2是一个关于DS18B20的模块，右图1是一个芯片 

2.引脚及应用电路

VDD：电源（3.0V-5.5V）；GND：电源地；DQ：单总线接口

3.内部结构框图

• 从左往右解释以此是：外部一个上拉电阻，内部左边是一个寄生供电结构，从DQ的数据端口，经过寄生结构后，是一个64-BIT ROM接口，然后是一个内部控制逻辑，下面是一个RAM，SCRATCHPAD（暂存器），最右边是一些温度传感器，报警高触发寄存器（报警阈值），报警低触发寄存器，配置寄存器（设置分辨率，最高0.0625最低0.5），8位的CRC生成器（校验码判断数据是否正确）等模块 （从上到下）
• 寄生供电结构：可以节省VDD,如果下边的VDD没有接的话，就是由DQ的VDD供电的，但是在这里我们不使用，因为寄生供电需要强上拉，但是我们的开发板没有强上拉
• 64-BIT ROM：作为器件地址，用于总线通信的寻址
• SCRATCHPAD（暂存器）：用于总线的数据交互
• EEPROM：用于保存温度触发阈值和配置参数

4.寄存器结构

这一块对应上一幅图

左边就是SCRATCHPAD的详细内部结构，右边就是对应报警高触发寄存器（报警阈值），报警低触发寄存器，配置寄存器（设置分辨率，最高0.0625最低0.5）

左边一共有九个字节，前两位存的是温度，第0位是最低有效字节，第1位是最高有效字节，这两位共同构成了温度；然后是两个 TH和TL寄存器，还有一个配置寄存器，右边也是对应这三个，作用就是写入左边的三个寄存器，然后再存入右边的寄存器里存储起来；后面三个位是保留位，最后一位是CRC校验位

二、单总线

1.介绍

• 单总线（1-Wire Bus）是由Dallas公司开发的一种通用数据总线
• 一种通信新：DQ
• 异步、半双工
• 单总线只需要一根通信线即可实现数据的双向传输，当采用寄生供电时，还可以省去设备的VDD线路，此时，供电加通信只需要DQ和GND两根线。
• DS18B20
• DHT11，温湿度传感器

2.电路规范（硬件规范）

• 设备的DQ均要配置成开漏输出模式
• DQ添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7K欧左右，前两条跟I2C的配置一样
• 若此总线的从机采用寄生供电，则主机还应配一个强上拉输出电路
• 总线可以挂载多个设备，可以单独通信跟I2C很像
• 下面比上面多了一个强上拉电路，如果左边的圈接低电平就会闭合，就会接到VCC，如果断开，就是弱上拉供电
• 

 3.时序结构（软件规范）

（1）初始化

主机将总线拉低至少480us，然后释放总线，等待15~60us后，存在的从机会拉低总线60~240us以响应主机，之后从机将释放总线

详解：总线的空闲状态是高电平，如果要开始工作就拉低至少480us，然后再释放，但是图中拉上去的是弯的，其实是弱上拉电阻，不会马上拉高，然后从机拉低，然后从机释放

（2）发送一位

主机将总线拉低60~120us，然后释放总线，表示发送0；主机将总线拉低1~15us，然后释放总线，表示发送1.从机将在总线拉低30us后（典型值）读取电平，整个时间片应大于60us

图中左边是发送0，右边是发送1 

发送间隔还规定不能连续，需要间隔1u s

（3）接收一位

 主机将总线拉低1~15us，然后释放总线，并在拉低后15us内读取总线电平（尽量贴近15us的末尾），读取为低电平则为接收0，读取为高电平则为接收1，整个时间片应大于60us 

在这里可能会有疑问，这里的接和发都是是拉低总线然后释放这样会不会混淆。其实不会的，主机在发之前就已经定义后了是发送还是接收，不会出现混淆的现象

（4）发送一个字节：连续调用8次发送一位的时序，依次发送一个字节的8位（低位在前）

 接收一个字节：连续调用8次接收一位的时序，依次接收一个字节的8为（低位在前）

三、DB18B30操作流程和数据帧

初始化：从机复位，主机判断从机是否响应

ROM操作：ROM指令+本指令需要的读写操作

功能操作：功能指令+本指令需要的读写操作

本节课只有一个设备，所以不会用到搜索ROM，只用跳过ROM就可以直接访问设备了

我们要进行的功能有，第一条是转换温度，第二条是写暂存器，第三条是读暂存器，第四条是复制暂存器，将暂存器里的字节存入到E2里，实现掉电不丢失；第五条是将E2的字节覆盖回杂草，第六条是读取一位时序，响应供电模式 

• 温度变换：初始化→跳过ROM→开始温度变换

• 温度读取：初始化→跳过ROM→读暂存器→连续的读操作

• 温度存储格式

前五位都是符号位（BIT15-11），后面四位（BIT3-0）是存小数的，其余位（BIT10-4）是整数部分

下面是一些举例

负数就是整数的补码+1

下面是流程图可以看一下