一. 作者小课堂

（一）单总线串行扩展

单总线（也称1-Wire bus）由美国DALLAS公司推出的外围串行扩展总线。只有一条数据输入/输出线DQ，总线上所有器件都挂在DQ上，电源也通过这条信号线供给。      

单总线系统中配置的各种器件，由DALLAS公司提供的专用芯片实现。每个芯片都有64位ROM，厂家对每一芯片都用激光烧写编码，其中存有16位十进制编码序列号，它是器件的地址编号，确保它挂在总线上后，可以唯一被确定。除了器件的地址编码外，芯片内还包含收发控制和电源存储电路。这些芯片耗电量都很小（空闲时几µW，工作时几mW），工作时从总线上馈送电能到大电容中就可以工作，故一般不需另加电。

（二）单总线温度传感器DB18B20

1.简介

 DS18B20是美国DALLAS公司生产的数字温度传感器，体积小、低功耗、抗干扰能力强。可直接将温度转化成数字信号传送给单片机处理，因而可省去传统的信号放大、A/D转换等外围电路。

DS18B20转换时间与分辨率有关。当设定为9位时，转换时间为93.75ms；设定10位时，转换时间为187.5 ms；当设定11位时，转换时间为375ms；当设定为12位时，转换时间为750ms。

2.原理

①DS18B20转换时间

当设定为9位时，转换时间为93.75ms；设定10位时，转换时间为187.5 ms；当设定11位时，转换时间为375ms；当设定为12位时，转换时间为750ms。下表列出了DS18B20温度转换后所得到的16位转换结果的典型值。

②温度转换的计算方法

当DS18B20采集的温度为+125℃时，输出为0x07d0，则：  

实际温度=（0x07d0）/16=(0×163+7×162+13×161+0×160)/16=125℃    

当DS18B20采集的温度为-55℃时，输出为0xfc90，由于是补码，则先将11位数据取反加1得0x0370，注意符号位不变，也不参加运算，则    

实际温度=（0x0370）/16=(0×163+3×162+7×161+0×160)/16=55℃    

注意，负号则需对采集的温度进行判断后，再予以显示。 

3.DS18B20的工作时序

DS18B20的工作时序包括初始化时序、写时序和读时序。

（1）初始化时序，单片机将数据线电平拉低480960µs后释放，等待1560µs，单总线器件即可输出一持续60~240µs的低电平，单片机收到此应答后即可进行操作。

（2）写时序，当单片机将数据线电平从高拉到低时，产生写时序，有写“0”和写“1”两种时序。写时序开始后，DS18B20在15~60µs期间从数据线上采样。如果采样到低电平，则向DS18B20写的是“0”；如果采样到高电平，则向DS18B20写的是“1”。这两个独立时序间至少需拉高总线电平1µs时间。

（3）读时序，当单片机从DS18B20读取数据时，产生读时序。此时单片机将数据线电平从高拉到低使读时序被初始化。如果在此后15µs内，单片机在数据线上采样到低电平，则从DS18B20读的是“0”；如果在此后的15µs内，单片机在数据线上采样到高电平，则从DS18B20读的是“1”。

4. DS18B20的命令

DS18B20片内都有唯一的64位光刻ROM编码，出厂时已刻好。它是DS18B20的地址序列码，目的是使每个DS18B20的地址都不相同，这样就可实现在一根总线上挂接多个DS18B20的目的。64位光刻ROM的各位定义如下：

 DS18B20所有命令均为8位长，常用的命令代码见下表：

 当主机需要对多个单总线上的某一DS18B20进行操作时，首先应将主机逐个与DS18B20挂接，读出其序列号（33H）；然后再将所有的DS18B20挂接到总线上，单片机发出匹配ROM命令（55H），紧接着主机提供的64位序列号之后的操作就是针对该DS18B20的。      如果主机只对一个DS18B20进行操作，就不需要读取ROM编码以及匹配ROM编码，只要用跳过ROM（CCH）命令，就可按表10-4执行如下温度转换和读取命令。

二、实践出真知

（一） 实验要求

利用DS18B20和LED数码管实现单总线温度测量系统，原理电路见图11-3。DS18B20测量范围是−55～128℃。本例只显示00～99。通过本例读者应掌握DS18B20特性及单片机I/O实现单总线协议的方法。        

Proteus仿真时，用手动，即用鼠标单击DS18B20图标上的“↑”或“↓”来改变温度，注意手动调节温度同时，LED数码管会显示出与DS18B20窗口相同的2位温度数值。        

电路中74LS47是BCD-7段译码器/驱动器，用于将单片机P0口输出欲显示的BCD码转化成相应的数字显示的段码，并直接驱动LED数码管显示。

（二）实验演示

1.Proteus

①原理图

②代码

#include "reg51.h"
#include "intrins.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int 
#define out P0
sbit smg1=out^4;
sbit smg2=out^5;
sbit DQ=P3^7;
void delay5(uchar);
void init_ds18b20(void);
uchar readbyte(void);
void writebyte(uchar);
uchar retemp(void);
void main(void)                   //主函数
{
    uchar i,temp;
    delay5(1000);
    while(1)
    {
         temp=retemp();    
         for(i=0;i<10;i++)            //连续扫描数码管10次
         {
             out=(temp/10)&0x0f;
             smg1=0;
             smg2=1;
             delay5(1000);            //延时5ms
             out=(temp%10)&0x0f;
             smg1=1;
             smg2=0;
             delay5(1000);            //延时5ms
         }
    }
}
void delay5(uchar n)            //函数功能：延时5μs    
{
     do
     {
         _nop_();
         _nop_();
         _nop_();
         n--;
     }
     while(n);
}

void init_ds18b20(void)        //函数功能：18B20初始化
{
     uchar x=0; 
     DQ =0;    
     delay5(120); 
     DQ =1;    
     delay5(16);
     delay5(80);
}
uchar readbyte(void)             //函数功能：读取1字节数据
{
    uchar i=0;
    uchar date=0;
    for (i=8;i>0;i--)
    {
          DQ =0;
          delay5(1);
          DQ =1;            //15μs内拉释放总线
          date>>=1;
          if(DQ)
          date|=0x80;
          delay5(11);
     }
     return(date);
}
void writebyte(uchar dat)             //函数功能：写1字节
{
 uchar i=0;
 for(i=8;i>0;i--)
 {
      DQ =0;
      DQ =dat&0x01;                //写"1" 在15μs内拉低
      delay5(12);                   //写"0" 拉低60μs
      DQ = 1;       
      dat>>=1;
      delay5(5);
      }
}
uchar retemp(void)            //函数功能：读取温度
{
    uchar a,b,tt;
    uint t;
    init_ds18b20();
    writebyte(0xCC); 
    writebyte(0x44);
    init_ds18b20();
    writebyte(0xCC); 
    writebyte(0xBE); 
    a=readbyte();
    b=readbyte();
    t=b;
    t<<=8;
    t=t|a;
    tt=t*0.0625;
    return(tt);
}

③实验结果

2.普中开发板

①原理图

②代码

/**************************************************************************************
深圳市普中科技有限公司（PRECHIN 普中）
技术支持：www.prechin.net
PRECHIN
 普中

实验名称：DS18B20温度传感器实验
接线说明：	
实验现象：下载程序后，插上DS18B20温度传感器，数码管显示检测的温度值
注意事项：注意温度传感器的方向，在接口处我们已经用丝印画了一个凸起，
		  所以只需要将温度传感器对应插入即可																				  
***************************************************************************************/
#include "public.h"
#include "smg.h"
#include "ds18b20.h"


/*******************************************************************************
* 函 数 名       : main
* 函数功能		 : 主函数
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void main()
{	
	u8 i=0;
   	int temp_value;
	u8 temp_buf[5];

	ds18b20_init();//初始化DS18B20

	while(1)
	{				
		i++;
		if(i%50==0)//间隔一段时间读取温度值，间隔时间要大于温度传感器转换温度时间
			temp_value=ds18b20_read_temperture()*10;//保留温度值小数后一位
		if(temp_value<0)//负温度
		{
			temp_value=-temp_value;
			temp_buf[0]=0x40;//显示负号	
		}
		else
			temp_buf[0]=0x00;//不显示
		temp_buf[1]=gsmg_code[temp_value/1000];//百位
		temp_buf[2]=gsmg_code[temp_value%1000/100];//十位
		temp_buf[3]=gsmg_code[temp_value%1000%100/10]|0x80;//个位+小数点
		temp_buf[4]=gsmg_code[temp_value%1000%100%10];//小数点后一位
		smg_display(temp_buf,4);
	}		
}

③实验结果

（三）Keil中的仿真运行

将上述实验成功的代码在Keil中进行仿真运行，使用虚拟逻辑分析仪显示单片机与DS18B20的DQ数据线连接引脚的波形，分析其“初始化-->写--->读”总线时序，与原理进行对比分析:

三.总结

通过这次学习，我掌握了：

1.学习单总线温度传感器DB18B20的原理和通信时序；

2.使用51单片机的一个 IO 口模拟单总线时序与温度传感器DS18B20通信，将检测的环境温度读取出来。