DS18B20温度传感器与MCU是如何连接的

　　一，DS18B20温度传感器简介
　　DS18B20是常用的数字温度传感器，其输出的是数字信号，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点，应用广泛。
　　技术特性：
　　①、 独特的单线接口方式，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。
　　② 、测温范围 －55℃～+125℃，固有测温误差1℃。
　　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
　　⑦ 、不锈钢保护管直径 Φ6
　　⑧ 、适用于DN15~25， DN40~DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温
　　⑨、 标准安装螺纹 M10X1， M12X1.5， G1/2”任选
　　⑩ 、PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线，便于与其它电器设备连接。
　　DS18B20的读写时序和测温原理： DS18B20测温原理如图1所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号发送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。
　　（以上摘自百度）
　　图1如下图：
　　
　　二，DS18B20与MCU连接图
　　
　　三，DS18B20引脚定义：
　　
　　DQ： 数据输入/输出。开漏1线接口。也可以在寄生电源模式中使用时为设备提供电源VDD：电源正极GND：电源地 四，DS18B20内部分析介绍：
　　
　　上图显示DS18B20的框图，64位ROM存储设备的唯一串行代码。缓冲存储器包含2字节存储温度传感器数字输出的温度寄存器。另外，缓冲存储器提供对1字节上下报警触发寄存器（TH和TL）和1字节的访问配置寄存器。配置寄存器允许用户将温度到数字转换的分辨率设置为9、10、11或12位。TH、TL和配置寄存器是非易失性的（EEPROM），因此当设备断电时，它们将保留数据。DS18B20使用Maxim独有的1线总线协议，该协议使用一个控制信号。控制线需要一个弱的上拉电阻，因为所有设备都连接到总线上通过3状态或开放式漏极端口（DS18B20的情况下为DQ引脚）。在此总线系统中微处理器（主设备）使用每个设备的 唯一64位代码。因为每个设备都有一个唯一的代码，所以可以在一条总线上寻址的设备数量实际上是无限的。
　　温度寄存器格式
　　
　　温度/数据关系
　　
　　操作报警信号
　　DS18B20执行温度转换后，将温度值与存储在1字节TH和TL寄存器中的用户定义的两个补码报警触发值进行比较。符号位表示值是正是负：正数S=0，负数S=1，TH和TL寄存器是非易失性的（EEPROM），因此当设备已关机。TH和TL可以通过存储器的字节2和3进行访问。
　　TH和TL寄存器格式：
　　
　　使用外部电源为DS18B20供电原理图
　　
　　64位激光只读存储器代码：
　　
　　每个DS18B20包含一个唯一的64位代码，存储在ROM中。最低有效8位ROM代码中包含DS18B20的单线族代码：28h。接下来的48位包含唯一的序列号。最重要的8位包含一个循环冗余校验（CRC）字节，即从ROM码的前56位开始计算。
　　DS18B20内存映射
　　
　　配置寄存器：
　　图2：
　　
　　存储器的字节4包含配置寄存器，其组织方式如所示图2。用户可以使用这里的R0和R1位设置DS18B20的转换分辨率寄存器如表2所示。这些位的通电默认值为R0=1和R1=1（12位分辨率）。请注意，分辨率和转换时间之间存在直接的关系。中的位7和位0到4配置寄存器是为设备内部使用而保留的，不能被覆盖。
　　表2温度计分辨率配置
　　
　　CRC生成
　　CRC字节是DS18B20 64位ROM代码的一部分，并在暂存器的第9个字节中提供。 ROM代码CRC由ROM代码的前56位计算得出，并包含在ROM的最高有效字节。暂存器CRC是根据存储在暂存器，因此当暂存器中的数据更改时，它也会更改。 CRC提供总线从DS18B20读取数据时，主机具有数据验证方法。验证数据是否具有正确读取后，总线主机必须从接收到的数据中重新计算CRC，然后进行比较将该值写入ROM代码CRC（用于ROM读取）或暂存器CRC（用于暂存器读取）。如果计算出的CRC与读取的CRC相匹配，则表明已正确接收数据。比较CRC值和继续进行操作的决定完全由总线主机决定。如果出现以下情况，DS18B20内部没有电路可以阻止执行命令序列：
　　DS18B20 CRC（ROM或暂存器）与总线主机生成的值不匹配。
　　CRC的等效多项式函数为：
　　CRC = X8 + X5 + X4 + 1
　　总线主机可以重新计算CRC并将其与DS18B20的CRC值进行比较，方法是：
　　多项式发生器，如图3所示。该电路包括一个移位寄存器和yihuo门，以及移位寄存器的位初始化为0。以ROM代码的最低有效位或最低暂存器中字节0的有效位，一次一次应移入移位寄存器。 后从ROM移入第56位或暂存器移入字节7的最高有效位，多项式生成器将包含重新计算的CRC。 接下来，使用8位ROM代码或暂存器CRCDS18B20中的信号必须移入电路。 此时，如果重新计算的CRC正确，则移位寄存器将全为0。
　　图3：CRC产生器
　　
　　五，访问DS18B20：
　　访问DS18B20的顺序如下：
　　步骤1.初始化
　　步骤2. ROM命令（随后进行任何必需的数据交换）
　　步骤3. DS18B20功能命令（随后进行任何必需的数据交换）
　　注：每次访问DS18B20时都遵循此顺序，因为如果序列中的任何步骤丢失或顺序混乱，DS18B20不会做出响应。此规则的例外是搜索ROM ［F0h］和警报搜索［ECh］命令。 发出这两个ROM命令后，主机必须按顺序返回步骤1。
　　（以上介绍从官方手册翻译过来）
　　ROM命令
　　1，读ROM ［33h］
　　2，匹配ROM ［55h］
　　3，跳过ROM ［CCh］
　　4，警报搜索［ECh］
　　DS18B20功能命令
　　1，转换温度 ［44h］
　　2，写暂存器（存储器）［4Eh］
　　3，读暂存器（存储器）［BEh］
　　4，复制暂存器（存储器［48h］
　　5，重新唤醒 E2［B8h］
　　6，读取电源［B4h］
　　（以上命令详细介绍见官方手册）
　　六，访问DS18B20时序
　　在初始化过程中，总线主机通过拉动1-Wire总线发送（TX）复位脉冲低电平持续至少480µs。 然后，总线主控器释放总线并进入接收模（RX）。释放总线后，5kΩ上拉电阻将1-Wire总线拉高。 当DS18B20检测到在这个上升沿，它等待15µs至60µs，然后通过将1-Wire总线拉低来发送存在脉冲持续60µs至240µs。
　　初始化时序：
　　
　　写时隙有两种类型：“写入1”时隙和“写入0”时隙。 总线使用Write 1时隙将逻辑1写入DS18B20，使用Write 0时隙将逻辑0写入DS18B20。DS18B20。 所有写入时隙的持续时间必须至少为60µs，恢复时间至少为1µs，各个写时隙之间的时间。 两种类型的写时隙均由主机拉动1-Wire总线为低电平（见图14）。为了产生写1时隙，将1-Wire总线拉低后，总线主机必须释放1-Wire
　　总线在15µs之内。 释放总线后，5kΩ上拉电阻会将总线拉高。 产生一个
　　写入0时隙，将1-Wire总线拉低后，总线主机必须继续将总线保持低电平以保持时隙的持续时间（至少60µs）。DS18B20在主机之后的15µs至60µs的窗口内对1-Wire总线进行采样启动写时隙。 如果在采样窗口中总线为高电平，则将1写入DS18B20。如果该线为低电平，则向DS18B20写入0。
　　备注：Timeslot（时隙）专用于某一个单个通道的时隙信息的串行自复用的一个部分。
　　图14如下：
　　
　　读时隙：
　　DS18B20仅在主机发出读取时隙时才能将数据发送到主机。因此，主机必须在发出Read 存储器命令［BEh］或Read Power Supply ［B4h］命令后立即生成读取时隙，以便DS18B20提供所需的数据。另外，主机可以在发出Convert T ［44h］或Recall E2 ［B8h］命令以找出状态后生成读取时隙。所有读取时隙的持续时间必须至少为60µs，时隙之间的恢复时间最少为1µs。 读时隙由主器件启动，将1-Wire总线拉低以保持低电平。至少1µs，然后释放总线（见图14）。 主机启动读取时隙后，DS18B20将开始在总线上发送1或0，DS18B20通过将总线保持高电平来发送1并通过拉低总线发送0。 当发送0时，DS18B20将通过总线释放总线。时隙结束，总线将被上拉电阻器拉回到高空闲状态。
　　详细主机读1时隙：
　　
　　推荐主机读1时隙：