DS18B20溫度傳感器的工作原理探析

徐錦鋼鄢 妍/.江西師范大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院 .江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

DS18B20溫度傳感器的工作原理探析

徐錦鋼1鄢 妍2/1.江西師范大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院 2.江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

本文圍繞DS18B20溫度傳感器的工作原理展開論述，使用proteus仿真軟件設(shè)計(jì)和繪制了DS18B20的測(cè)溫電路圖，并通過1602液晶顯示器觀察DS18B20測(cè)得的溫度值，驗(yàn)證了DS18B20測(cè)溫電路及程序設(shè)計(jì)的正確性，并給出了部分C程序代碼。

DS18B20；測(cè)溫；仿真

1.DS18B20溫度傳感器簡介

DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一種溫度傳感器，具有體積小、先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信方式、全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出、測(cè)量精度可達(dá)土0.5℃、檢測(cè)溫度范圍寬（可達(dá)-55℃～+125℃）等優(yōu)點(diǎn)，因此使得DS18B20應(yīng)用非常廣泛[1]。

2.電路連接

電路連接如上圖1所示，主要包括AT89S52單片機(jī)、DS18B20和1個(gè)1602型液晶顯示器。DS18B20組成的溫度測(cè)量系統(tǒng)線路非常簡單，只要求1個(gè)接口就可實(shí)現(xiàn)通信，圖中DS18B20的第2腳（DQ）即為數(shù)據(jù)通信端，接至單片機(jī)的P3.3口，傳輸命令字和溫度信號(hào)。DS18B20的第3腳（VCC）接5V電源，第1腳（GND）接地。1602液晶數(shù)據(jù)端（D0-D7）接至單片機(jī)P0口，控制端（RS、RW、EN）分別接至單片機(jī)P2.0、P2.1、P2.2口。

圖1 電路連接圖

3.DS18B20單總線內(nèi)部構(gòu)造介紹

圖2 DS18B20單總線開漏等效電路

單總線系統(tǒng)只有1根數(shù)據(jù)線，主機(jī)或者從機(jī)設(shè)備通過1個(gè)漏極開路或三態(tài)接口連接至該數(shù)據(jù)線，這樣使得主機(jī)或者從機(jī)設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)可釋放數(shù)據(jù)總線，以便總線可被其他設(shè)備使用。圖2給出了DS18B20單總線開漏等效電路，單總線要求外接1個(gè)約為5K歐姆的上拉電阻，以保證總線閑置時(shí)為高電平，如圖1中的電阻R1所示[2]。

4.DS18B20溫 度傳感器程序設(shè)計(jì)

單總線器件要求嚴(yán)格遵守相應(yīng)的通信協(xié)議，如此才能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?，這種協(xié)議一般定義了若干種類型的信號(hào)，包括器件復(fù)位、讀數(shù)據(jù)、寫數(shù)據(jù)，均由主機(jī)（即單片機(jī)）發(fā)出同步信號(hào)，所有的命令字和數(shù)據(jù)字都是低位在前，高位在后。

本文編寫了一個(gè)完整的DS18B20測(cè)量顯示程序，主要包括DS18b20初始化函數(shù)、主機(jī)寫字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)、主機(jī)讀字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)、開始溫度轉(zhuǎn)換、溫度獲取及數(shù)據(jù)修正函數(shù)。下面以其中的前4個(gè)函數(shù)示例，并給出注解。

4.1 DS18b20初始化函數(shù)

單總線的所有操作均是從1個(gè)初始化序列開始的，初始化序列包括1個(gè)由總線控制器發(fā)出的復(fù)位脈沖和隨后由從機(jī)回發(fā)的應(yīng)答脈沖，函數(shù)程序代碼如下：

void Init_DS18B20()

{

uint i;

DQ=0;//拉低總線開始復(fù)位

i=103;

while(i>0)i--;//短暫延時(shí)

ds=1;//主機(jī)寫1，釋放總線

i=4;

while(i>0)i--;//短暫延時(shí)

}

4.2 主機(jī)寫字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)

void write_byte(uchar dat)

{

uchar i;

for(i=0;i<8;i++)

{

DQ=0;//主機(jī)拉低DQ

dat>>=1;//待輸出位通過移位操作先進(jìn)入PSW的CY位

DQ=CY;

delay(8);

DQ=1;

}

}

4.3 主機(jī)讀字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)

void read_byte()

{

uchar i,dat=0;

for(i=0x01;i!=0;i<<=1)

{

DQ=0;_nop_();//主機(jī)拉低DQ，開始讀時(shí)隙

DQ=1;_nop_();//主機(jī)釋放DQ，準(zhǔn)備讀

if(DQ)

{dat|=i;}//1us后主機(jī)開始讀取1位

delay(8);//實(shí)際延時(shí)77us

}

return dat;//將讀到的字節(jié)數(shù)返回

}

4.4 開始溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)

void tempchang(void)

{

Init_DS18B20();//初始化

delay(1);

write_byte(0xcc);//寫命令字0xcc，跳過讀取ROM序列號(hào)

write_byte(0x44);//寫命令字0x44，啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換

}

5.電路功能測(cè)試

按照?qǐng)D1搭好電路后，調(diào)節(jié)DS18B20器件上的溫度增減按鍵，模擬外界溫度的變化,單片機(jī)在獲取溫度值后，將溫度值顯示在1602液晶上，如圖中測(cè)得溫度為26℃時(shí)，液晶也顯示為26℃，見下圖3所示，說明電路連接及程序編寫均正確無誤。

圖3 測(cè)試結(jié)果

6.結(jié)束語

本文采用單片機(jī)作為主控制器，設(shè)計(jì)了基于DS18B20的溫度測(cè)量顯示電路，論述了DS18B20的工作原理，給出了部分測(cè)試程序并注解。通過測(cè)試，DS18B20能夠正常測(cè)溫，電路工作正常。

[1]DS18B20芯片手冊(cè)[DB/OL].百度文庫，2007-03.

[2]彭 偉.單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)100例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014-03.

徐錦鋼（1983-），男，江西高安人，講師，碩士研究生，研究方向：電子信息工程。