DS18B20溫度傳感器的工作原理探析

徐錦鋼++鄢妍

【摘 要】本文圍繞DS18B20溫度傳感器的工作原理展開論述，使用proteus仿真軟件設計和繪制了DS18B20的測溫電路圖，并通過1602液晶顯示器觀察DS18B20測得的溫度值，驗證了DS18B20測溫電路及程序設計的正確性，并給出了部分C程序代碼。

【關鍵詞】DS18B20；測溫；仿真

1.DS18B20溫度傳感器簡介

DS18B20是DALLAS公司生產的一種溫度傳感器，具有體積小、先進的單總線數據通信方式、全數字溫度轉換及輸出、測量精度可達土0.5℃、檢測溫度范圍寬（可達-55℃～+125℃）等優點，因此使得DS18B20應用非常廣泛[1]。

2.電路連接

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

3.DS18B20單總線內部構造介紹

3.DS18B20單總線內部構造介紹

單總線系統只有1根數據線，主機或者從機設備通過1個漏極開路或三態接口連接至該數據線，這樣使得主機或者從機設備在不發送數據時可釋放數據總線，以便總線可被其他設備使用。圖2給出了DS18B20單總線開漏等效電路，單總線要求外接1個約為5K歐姆的上拉電阻，以保證總線閑置時為高電平，如圖1中的電阻R1所示[2]。

4.DS18B20溫 度傳感器程序設計

單總線器件要求嚴格遵守相應的通信協議，如此才能保證數據傳輸的完整性，這種協議一般定義了若干種類型的信號，包括器件復位、讀數據、寫數據，均由主機（即單片機）發出同步信號，所有的命令字和數據字都是低位在前，高位在后。

本文編寫了一個完整的DS18B20測量顯示程序，主要包括DS18b20初始化函數、主機寫字節數據函數、主機讀字節數據函數、開始溫度轉換、溫度獲取及數據修正函數。下面以其中的前4個函數示例，并給出注解。

4.1 DS18b20初始化函數

單總線的所有操作均是從1個初始化序列開始的，初始化序列包括1個由總線控制器發出的復位脈沖和隨后由從機回發的應答脈沖，函數程序代碼如下：

void Init_DS18B20（）

{

uint i；

DQ=0；//拉低總線開始復位

i=103；

while（i>0）i--；//短暫延時

ds=1；//主機寫1，釋放總線

i=4；

while（i>0）i--；//短暫延時

}

4.2 主機寫字節數據函數

void write_byte（uchar dat）

{

uchar i；

for（i=0；i<8；i++）

{

DQ=0；//主機拉低DQ

dat>>=1；//待輸出位通過移位操作先進入PSW的CY位

DQ=CY；

delay（8）；

DQ=1；

}

}

4.3 主機讀字節數據函數

void read_byte（）

{

uchar i，dat=0；

for（i=0x01；i！=0；i<<=1）

{

DQ=0；_nop_（）；//主機拉低DQ，開始讀時隙

DQ=1；_nop_（）；//主機釋放DQ，準備讀

if（DQ）

{dat|=i；}//1us后主機開始讀取1位

delay（8）；//實際延時77us

}

return dat；//將讀到的字節數返回

}

4.4 開始溫度轉換函數

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

write_byte（0x44）；//寫命令字0x44，啟動溫度轉換

}

5.電路功能測試

按照圖1搭好電路后，調節DS18B20器件上的溫度增減按鍵，模擬外界溫度的變化，單片機在獲取溫度值后，將溫度值顯示在1602液晶上，如圖中測得溫度為26℃時，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。

6.結束語

本文采用單片機作為主控制器，設計了基于DS18B20的溫度測量顯示電路，論述了DS18B20的工作原理，給出了部分測試程序并注解。通過測試，DS18B20能夠正常測溫，電路工作正常。

參考文獻：

[1]DS18B20芯片手冊[DB/OL].百度文庫，2007-03.

[2]彭 偉.單片機C語言程序設計實訓100例[M].北京：電子工業出版社，2014-03.