STM32F1XX驱动温度检测模块DS18B20

DS18B20 单线总线的工作方式

1. DS18B20 简介

DS18B20单线数字温度传感器，即“一线器件”，其具有如下独特的优点。

• 采用单线总线的接口方式。与微处理器连接时，仅需要1条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通信。

• 测量温度范围宽，测量精度高。DS18B20 的测量范围为-55°C~ + 125C;在-10°C ~ +85°C范围内，精度为 ± 0.5 °C。

• 支持多点组网功能。多个DS18B20可以并联在单线上，实现多点测温。

• 供电方式灵活。DS18B20可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高。

• 测量参数可配置。DS18B20的测量分辨率可通过程序设定9- 12位。

• 掉电保护功能 。DS18B20 内部含有 EEPROM ，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。

单线总线只有一根数据线，引脚说明如下：

引脚	NC	DQ	VDD
说明	空引脚	数字输入输出	可选的 VDD

博主使用的开发模块原理图：

2. DS18B20 内部结构

DS18B20 的一线工作协议流程：初始化 → ROM 操作指令 → 存储器操作指令 → 数据传输。

DS18B20 内部结构包括 64 位光刻 ROM，温度传感器，高速暂存器，温度报警触发器 TH 和 TL 及配置寄存器。

光刻 ROM 的 64 位序列号是出厂时光刻好的，可看作 DS18B20 的地址序列码。前 8 位是产品类型标号（地址 28H）；其后的 48 位是 DS18B20 的自身的序列号，每一块产品都不同；最后 8 位是前 56 位的循环冗余校验码（CRC=X^8^ + X^5^+ X^4^ + 1）。正因如此，控制器才能通过单线总线对多个 DS18B20 进行寻址，实现单线总线上挂载多个 DS18B20。

DS18B20 经转换所得的温度值，以2字节补码形式存放在高速暂存存储器的第 0 和第 1 个字节。所以当只想简单的读取温度值的时候，只用读取暂存器中的第 0 和第 1 个字节就可以了。

符号位 S 表示温度是正的还是负的：对于正数，S = 0，对于负数，S = 1。

3. DS18B20 的使用

3.1 使用步骤

简单的读取温度值的步骤如下：

1. 跳过ROM操作。

2. 发送温度转换命令。

3. 跳过ROM操作。

4. 发送读取温度命令。

5. 读取温度值。

正数的补码是正数本身；负数的补码是原码取反，然后再加 1。

DS18B20存储的温度值是以补码的形式存储的，所以读出来的温度值是实际温度值的补码，要把补码转换为原码。

正温度的原码就是补码本身，所以在 12 位分辨率下，温度的计算公式是为
$$
温度值 = 读取值 \times 0.0625
$$
负温度的原码是补码减1，再取反，所以在12位分辨率下，计算公式为
$$
温度值=- (读取值减1再取反) \times 0.0625
$$

3.2 复位时序

1. 控制器首先发出 480μs ~ 960μs 的低电平脉冲，然后释放总线变为高电平，并在随后的 480μs 内对总线做检测，若有低电平出现，说明器件已作应答；否则无应答；
2. DS18B20 从接电开始就在等待 480μs ~ 960μs 的低电平脉冲，若有会在总线电平变高后，等待 15μs ~ 60μs 后，将总线电平拉低 60μs ~ 240μs 作为应答响应脉冲若没有检测到，则一直等待。

3.3 写时序

写周期的时间为 60μs ~ 120μs，控制器首先把总线电平拉低 1μs ~15μs，表示写时序开始：

1. 写 “0”，在写周期开始后，控制器写 “0”，即将总线置为低电平，直接拉低总线电平 60μs ~ 120μs 即可；
2. 写 “0” 后，至少需要释放总线高电平 1μs，使总线恢复；
3. 写 “1”，在写周期开始后，控制器写 “1”，即释放总线电平为高电平；
4. DS18B20 在总线电平拉低后的 15μs ~ 60μs 内，进行数据采样。

3.4 读时序

读周期的时间至少需要 60 μs，控制器首先把总线电平拉低 1μs ~15μs，表示读时序开始。在总线电平被拉低后的 15μs 内，控制器需要对总线进行采样，数据有效。采样为低电平，则为“0”；高电平为“1”。读周期的读写恢复时间至少需要 1μs。

3.5 指令合集

指令名称	指令代码	指令功能
温度变换	44H	进行一次温度转换，将转换的温度值放入暂存器的第1、2字节
读暂存器	0BEH	读取内部暂存器的数据，从字节 0 读到 字节 9（CRC校验位）
写暂存器	4EH	允许控制器写 3 个字节到暂存器的第 3，4，5 个字节处
复制暂存器	48H	将暂存器的第 3，4，5 个字节内容复制到 EEPROM 中
重调 EEPROM	0B8H	将EEPROM内容复制到暂存器的第 3，4，5 个字节中
读供电模式	0B4H	读取供电模式。寄生供电发送“0”，外接电源发送“1”
搜索 ROM	0F0H	总线控制器通过此指令多次循环搜索 ROM 编码，以确认所有从机
读取 ROM	33H	直接读取从机 64 位序列码，总线上只有一片 DS18B20 才使用
匹配 ROM	55H	发出此命令后，接着发出 64 位 ROM 编码，匹配对应的 DS18B20
警报搜索	0ECH	当总线上存在满足报警条件的 DS18B20，该从机会响应该指令
跳过 ROM	0CCH	忽略 64 位 ROM 序列码，直接发出温度转换指令，适用于单片DS18B20

4. 测试代码

代码在博主 STM32F103ZET6 上测试通过，部分代码参考野火 DS18B20 例程。由于代码过多，已托管至 Github 平台：F103-DS18B20。