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1-Wire总线
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- 只使用一根导线（地址线、数据线、控制线合一）
- 可以传输时钟和数据
- 双向传输
- 信号线上可挂许多测控对象，电源也由这根信号线提供
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适用于单Master，多个Slave。
- 当只有一个Slave时，系统按照单节点系统操作
- 当有多个Slave时，系统按照多节点系统操作
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优点：
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综合性：
- 传感器、控制器、输入/输出设备均可按1-Wire协议接入网络
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简捷性：
- 1-Wire单总线的设置和安装只需一条普通三芯电线连接至各从机接入点
- 当系统需要增加Slave时，只需要从该总线拉出延长线即可
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可靠性：
- 每个从机均有绝对唯一的地址码
- 数据传输均采用CRC校验码
- 1-Wire单总线上传输的是数字信号
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- 缺点：传输速率较低
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DS18B20
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- 改进型智能数字温度传感器
- 只需要一根导线就能读出被测温度，并实现双向通信
- 根据需求实现9-12位数字值的读数方式，精度分别为0.5，0.25，0.125，0.0625
- 适应电压范围宽，电压范围为3.0-5.5V，寄生电源方式下可由数据线供电
- 支持多点组网功能，多个DS18B20通过并联方式，实现多点组网测温
- 不需要任何外围元件，传感元件及转换电路已经集成了
- 温度范围-55~+125℃，在-10~+85℃时，精度为±0.5℃
- 转换速度较快。在9位分辨率时，最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字
- 测试结果直接输出数字温度信号，以一条总线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力
- 负压特性，当电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但也无法正常工作
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三种封装形式及引脚说明
- 当信号线DQ为高电平时，DQ为芯片供电，并且内部电容器储存电能
- 当信号线DQ为低电平时，内部电容器为芯片供电，直至下一个高电平到来重新充电
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内部结构：
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64位ROM
- 厂家激光刻录的一个64位二进制ROM代码，是该芯片的标号
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8位循环冗余检验 |
48位序列号 |
8位分类编号（10H） |
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MSB ... LSB |
MSB ... LSB |
MSB ... LSB |
- 8位分类编号：10H，是DS18B20的分类号
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温度传感器
- 温度范围-55~+125℃。9-12位分辨率，转换精度分别为0.5，0.25，0.125，0.0625
- 出厂时默认为16位转换精度
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当接收到温度转换命令（44H）后开始转换，转换完成后的温度以16位带符号扩展的二进制补码形式表示。存储在高速缓存器RAM的第0、1字节中，二进制数的前5位为符号位。
- 如果温度>0，则该5位为0，只要将测到的数值乘上0.0625即可得到实际温度。
- 如果温度<0，则该5位为1，测到的数值需要取反+1再乘上0.0625。
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高速缓存器：包含以下两个组件
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高速暂存器RAM：连续8字节的存储器
- 前2字节是测得的温度信息，第1字节存放温度的低8位，第2字节存放温度的高8位
- 第3/4/5字节分别是高温触发器、低温触发器、配置寄存器的易失性复制
- 前5字节的内容在每次上电复位时被刷新
- 第6/7/8字节用于暂时保留为1
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非易失性可电擦除EEPROM
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配置寄存器
- 用于确定温度值的数字转换分辨率，按此寄存器的分辨率将温度转换为相应精度的数值，是高速缓存器的第5个字节
- 该字节定义：
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TM |
R0 |
R1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
- TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是测试模式。工作模式时该位为0，用户不必改动。R1和R0用来设置分辨率，其余5位均固定为1。
- 分辨率设置：
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R1 |
R0 |
分辨率 |
最大转换时间/ms |
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0 |
0 |
9位 |
93.75 |
|
0 |
1 |
10位 |
187.5 |
|
1 |
0 |
11位 |
375 |
|
1 |
1 |
12位 |
750 |
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测温工作原理：由以下部分组成
-
斜率累加器：
- 用于补偿和修正测温过程中的非线性
- 其输出用于修正减法计数器的预置值
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温度系数振荡器：
- 用于产生减法计数器脉冲信号
- 低温度系数振荡器受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1
- 高温度系数振荡器受温度的影响较大，随温度的变化，其振荡频率明显改变，产生的信号作为减少计数器2的输入脉冲
-
减法计数器
- 减法计数器1对低温度系数振荡器产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将+1。
- 之后，减法计数器1的预置将重新被装入。减法计数器1重新开始对低温度系数振荡器产生的脉冲信号进行计数，循环操作直到减法计数器2计数减到0，才会停止温度寄存器的值的累加。此时，温度寄存器中的数值即为所测温度。
- 只要计数门未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器的值达到被测温度值。
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温度寄存器
- 暂存温度数值
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计数门
- 当计数门打开时，DS18B20就对低温系数震荡器产生的时钟脉冲进行计数，从而完成温度测量。
- 开启时间由高温度系数振荡器决定。
- 每次测量前，首先将-55℃所对应的基数分别置入减法计数器1和高温寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。
p.s. 每个芯片的信息交换是分时完成的，均有严格的读/写是时序要求，系统对DS18B20的操作协议为：
初始化DS18B20（发复位脉冲）→ 发ROM功能命令 → 发存储器操作命令 → 处理数据
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ROM命令
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操作 |
命令代码 |
详细说明 |
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读ROM |
33H |
允许主设备读出64位二进制ROM代码 只适用于总线上存在单只DS18B20 |
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匹配ROM |
55H |
若总线上有多个Slave，使用该命令可以选中某一指定的DS18B20，即只有与64位二进制ROM代码完成匹配的DS18B20才能响应其操作 |
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跳过ROM |
CCH |
启动所有DS18B20转换之前或系统只有一个DS18B20时，该命令允许Master不提供64位二进制ROM代码就使用存储器操作命令 |
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搜索ROM |
F0H |
确定系统中的Slave个数及其ROM代码 |
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报警搜索ROM |
ECH |
鉴别和定位系统中超出程序设定的报警温度值 |
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写暂存器 |
4EH |
允许Master向DS18B20的暂存器写入2个字节的数据
可以在任何时刻发出复位命令中止数据写入 |
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读暂存器 |
BEH |
允许主设备读取暂存器的内容，从第1个字节开始，直到CRC读完第9个字节。也可以在任何时刻发出复位命令中止数据的读取操作 |
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复制暂存器 |
48H |
将高温触发器和低温触发器中的字节复制到非易失性EEPROM 若主机在该命令之后又发出读操作，而DS18B20正忙于复制过程时，DS18B20会输出一个0，复制结束时DS18B20会发出一个1。 如果使用寄生电源，则主设备发出该命令之后，立即发出强上拉并至少保持10ms以上时间。 |
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温度转换 |
44H |
启动一次温度转换 若主机在该命令之后又发出其他操作，DS18B20正忙于温度转换，则输出一个0，转换结束则输出一个1,。 若使用寄生电源，则Master发出该命令之后，立即发出强上拉并至少保持500ms以上的时间。 |
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复制回暂存器 |
B8H |
将高温触发器和低温触发器的字节从EEPROM复制回暂存器中。 若忙，同上 |
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读电源使用模式 |
B4H |
Master将该命令发给DS18B20后发出读操作，DS18B20会返回它的电源使用模式：0为寄生电源，1为外部电源 |
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基于1-Wire的DS18B20测量温度的实例
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实现效果：
实现代码：
1 #include <reg52.h> 2 typedef unsigned char uchar; 3 typedef unsigned int uint; 4 uchar code table[] = 5 { 6 0xfc, 0x60, 0xda, 0xf2, 0x66, 0xb6, 0xbe, 0xe0, 0xfe, 0xf6, 0xee, 0x3e, 0x9c 7 }; 8 uchar code address[] = 9 { 10 0xfe, 0xfd, 0xfb, 0xf7, 0xef, 0xdf, 0xbf, 0x7f 11 }; 12 sbit DQ = P3 ^ 0; //DQ控制位 13 sbit dot = P1 ^ 0; //小数点 14 uchar temp1, temp2; //通过temp1和temp2存储温度低位和高位 15 16 void Delay(uint m) 17 { 18 while(m--); 19 } 20 uchar ReadByte() 21 { 22 uchar byte = 0; 23 uchar i; 24 for (i = 0; i < 8; ++i) 25 { 26 DQ = 0; 27 byte >>= 1; 28 DQ = 1; 29 if (DQ) 30 byte = byte | 0x80; 31 Delay(4); 32 } 33 return byte; 34 } 35 void WriteByte(uchar byte) 36 { 37 uchar i; 38 for (i = 0; i < 8; ++i) 39 { 40 DQ = 0; 41 byte >>= 1; //数据左移 42 DQ = CY; 43 Delay(5); 44 DQ = 1; 45 } 46 } 47 void Init() 48 { 49 DQ = 1; 50 Delay(8); 51 DQ = 0; 52 Delay(80); 53 DQ = 1; 54 Delay(20); 55 } 56 void ReadTemp() 57 { 58 /* 初始化DS18B20 */ 59 Init(); 60 WriteByte(0xcc); //跳过ROM,当前只有一个Slave 61 WriteByte(0x44); //启动温度转换 62 Delay(10); 63 Init(); 64 WriteByte(0xcc); //跳过ROM 65 WriteByte(0xbe); //读取暂存器内容 66 temp1 = ReadByte(); //低位存放在temp1中 67 temp2 = ReadByte(); //高位存放在temp2中 68 } 69 void main() 70 { 71 bit flag; 72 uint temp; 73 uchar i; 74 while(1) 75 { 76 /* 读取温度 */ 77 ReadTemp(); 78 79 /* 温度转化 */ 80 temp = temp1 & 0x0f; //temp存入温度低8位并保留低4位 81 if (temp2 > 127) //temp2 > 01111111时,温度为负 82 { 83 flag = 1; 84 temp1 = ~temp1; 85 temp2 = ~temp2; //高低各取反 86 temp = temp1 & 0x0f; 87 temp += 0x01; //取反后+1,得到负数值 88 } 89 temp = temp * 625; 90 temp1 = temp1 & 0xf0; 91 temp1 = temp1 / 16; 92 temp2 = temp2 * 16; 93 temp1 += temp2; 94 if (flag) 95 temp1 += 0x01; 96 97 /* 温度显示 */ 98 for (i = 0; i < 4; ++i) 99 { 100 P2 = address[i]; 101 P1 = table[temp % 10]; 102 Delay(750); 103 temp = temp / 10; 104 } 105 P2 = 0xef; 106 P1 = table[temp1 % 10]; 107 dot = 1; 108 Delay(750); 109 if (temp1 / 100 || temp1 / 10) 110 { 111 P2 = 0xdf; 112 P1 = table[temp1 / 10 % 10]; 113 Delay(750); 114 } 115 if (temp1 / 100) 116 { 117 P2 = 0xbf; 118 P1 = table[temp1 / 100 % 10]; 119 Delay(800); 120 } 121 if (flag) 122 { 123 P2 = 0x7f; 124 P1 = 0x02; 125 Delay(750); 126 flag = 0; 127 } 128 } 129 }
