带你了解51单片机中的DS18B20温度传感器模块

一支闲人

1899人浏览 · 2025-05-26 20:34:23

一支闲人 · 2025-05-26 20:34:23 发布

发送一位（绿色表示，s:（BIT（比特位）））：

接受一位（紫色表示，R：（BIT（比特位）））：

发送一个字节（S：（BYTE（字节）））/接受一个字节（R：BYTE（字节））:

1.DS18B20介绍

DS18B20是一种常见的数字温度传感器，其控制命令和数据都是以数字信号的方式输入输出，相比较于模拟温度传感器，具有功能强大、硬件简单、易扩展、抗干扰性强等特点

测温范围：-55°C 到 +125°C

通信接口：1-Wire（单总线）

其它特征：可形成总线结构、内置温度报警功能、可寄生供电

2.引脚及应用电路

3.内部结构框图

64-BIT ROM：作为器件地址，用于总线通信的寻址

SCRATCHPAD（暂存器）：用于总线的数据交互

EEPROM：用于保存温度触发阈值和配置参数

操作流程：发送一条温度转换指令，温度值存放在TEMPERATURE SENSOR（这个硬件）然后再放再暂存器里面，我们再发送一条读暂存器的指令，根据我们的读时序就能把我们的暂存器读出来，然后这两个字节通过DQ，使用温度传感器，这样就有了温度

4.存储器结构

5.单总线介绍

单总线（1-Wire BUS）是由Dallas公司开发的一种通用数据总线一根通信线：DQ

异步、半双工

单总线只需要一根通信线即可实现数据的双向传输，当采用寄生供电时，还可以省去设备的VDD线路，此时，供电加通信只需要DQ和GND两根线

6.单总线电路规范

设备的DQ均要配置成开漏输出模式

DQ添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右

若此总线的从机采取寄生供电，则主机还应配一个强上拉输出电路

规范的前两条就是I2C的那个模式，就是为了多级通信。第三条是单总线的特色功能。本节我们使用的是图1的电路图

7.单总线时序结构

初识化（蓝色表示，S）：

主机将总线拉低至少480us，然后释放总线，等待15~60us后，存在的从机会拉低总线60~240us以响应主机，之后从机将释放总线

这里的时间是绝对时间，圆弧线段表示弱上拉

发送一位（绿色表示，s:（BIT（比特位）））：

主机将总线拉低60~120us，然后释放总线，表示发送0；主机将总线拉低1~15us，然后释放总线，表示发送1。从机将在总线拉低30us后（典型值）读取电平，整个时间片应大于60us

左图表示发送1，右图表示发送0；右图阴影表示可以在这个时间范围内释放总线

接受一位（紫色表示，R：（BIT（比特位）））：

主机将总线拉低1~15us，然后释放总线，并在拉低后15us内读取总线电平（尽量贴近15us的末尾），读取为低电平则为接收0，读取为高电平则为接收1 ，整个时间片应大于60us

阴影表示可以在这个时间范围内释放总线

虽然发送和接受很相似，但是时序结构决定了，主机先发送和才能接受，主机发送完后从机才能获取总线的控制权

发送一个字节（S：（BYTE（字节）））/接受一个字节（R：BYTE（字节））:

发送一个字节：连续调用8次发送一位的时序，依次发送一个字节的8位（低位在前）

接收一个字节：连续调用8次接收一位的时序，依次接收一个字节的8位（低位在前）

8.DS18B20操作流程

初始化：从机复位，主机判断从机是否响应

ROM操作：ROM指令+本指令需要的读写操作

功能操作：功能指令+本指令需要的读写操作

ROM指令：

SEARCH ROM [F0h]（搜索 ROM，操作很复杂）

READ ROM [33h]（读 ROM，调用了这个指令直接可以直接读出ROM）

MATCH ROM [55h]（匹配 ROM，发送地址后通过这个指令与某一个设备匹配）

SKIP ROM [CCh]（跳过 ROM，当只有一个从机时直接可以连接这台设备，有多台时不能用这个指令）

ALARM SEARCH [ECh]（报警搜索，那台设备在报警的时候可以直接搜索到，操作很复杂）

功能指令：

CONVERT T [44h]（温度变换，要实现温控时这个指令要用到这个）

WRITE SCRATCHPAD [4Eh]（写暂存器，使用了这个指令会把字节写入存储器结构中的Byte2、Byte3、Byte4这三个字节）

READ SCRATCHPAD [BEh]（读暂存器，使用这个指令后会把存储器结构中从Byte 0到Byte 8全部读出来）

COPY SCRATCHPAD [48h]（复制暂存器，使用了这个指令从机会把写入存储器结构中的Byte2、Byte3、Byte4这三个字节复制到EEPROM里面）

RECALL E2 [B8h]（返回E2，与复制暂存器功能相反，把EEPROM里面的字节返回对应的字节内）

READ POWER SUPPLY [B4h]（读取设备的供电模式）

9.DS18B20数据帧

温度变换：初始化→跳过ROM →开始温度变换

温度读取：初始化→跳过ROM →读暂存器→连续的读操作

10.温度储存格式

MS BYTE前5位是符号位，1为负数，0为正数（在前）；LS BYTE后4位是小数位,如果BIT3是1 存的是0.5度、BIT2为1 存的是0.25度、BIT1是1 存的是0.125度、BIT0是1 存的是0.0625度；从BIT4~BIT10存的是实际数据的二进制补码的形式存储。对于这里的二进制补码，可以去看小编的原码反码补码的博客。

11.ROM操作图

12.DS18B20读取温度代码

工程思路：

先写One Wire模块里面写初识化、发送一位、接受一位、发送一个字节、接受一个字节这五个程序；再写DS18B20模块，里面有开始温度变化和读取温度变化这两个程序；这两个模块共同组成了DS18B20和单总线的操作；主函数里面调用DS18B20模块的开始温度变化和读取温度变化函数

第一步：

把延时、LCD液晶屏复制粘贴到本工程

第二步：

定义端口、再初始化（要拉低，所有先拉高）

第三步：

在One Wire模块里面初始化

第四步：

在One Wire模块，发送一位看下面字，i要定义一下，我们要在STC的软件延时器Delay

第五步：

在One Wire模块，发送接收一位，也要在STC的软件延时器Delay

第六步：

在One Wire模块，发送一个字节和接收一个字节及声明

第七步：

温度变换。在DS18B20模块，根据温度变换时序图写三个函数转换温度，发送一个指令0xcc

第八步：

读取温度。在DS18B20模块，用补码表示正负，所有用int接收，26行除以16.0右移的是4位

第九步：

主函数调用。转换后加个延时头引用，转换完成再读；数据处理挺麻烦的，主要是小数部分，多想想，原理不难，主要是取模（%）的使用，还有C语言的强制转换操作符和乘号（*）的使用

最终代码：

模块：

DS18B20.c

#include <REGX52.H>
#include "OneWire.h"

//DS18B20指令
#define DS18B20_SKIP_ROM			0xCC
#define DS18B20_CONVERT_T			0x44
#define DS18B20_READ_SCRATCHPAD 	0xBE

/**
  * @brief  DS18B20开始温度变换
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void DS18B20_ConvertT(void)
{
	OneWire_Init();
	OneWire_SendByte(DS18B20_SKIP_ROM);
	OneWire_SendByte(DS18B20_CONVERT_T);
}

/**
  * @brief  DS18B20读取温度
  * @param  无
  * @retval 温度数值
  */
float DS18B20_ReadT(void)
{
	unsigned char TLSB,TMSB;
	int Temp;
	float T;
	OneWire_Init();
	OneWire_SendByte(DS18B20_SKIP_ROM);
	OneWire_SendByte(DS18B20_READ_SCRATCHPAD);
	TLSB=OneWire_ReceiveByte();
	TMSB=OneWire_ReceiveByte();
	Temp=(TMSB<<8)|TLSB;
	T=Temp/16.0;
	return T;
}

DS18B20.h

#ifndef __DS18B20_H__
#define __DS18B20_H__

void DS18B20_ConvertT(void);
float DS18B20_ReadT(void);

#endif

OneWire.c

#include <REGX52.H>

//引脚定义
sbit OneWire_DQ=P3^7;

/**
  * @brief  单总线初始化
  * @param  无
  * @retval 从机响应位，0为响应，1为未响应
  */
unsigned char OneWire_Init(void)
{
	unsigned char i;
	unsigned char AckBit;
	OneWire_DQ=1;
	OneWire_DQ=0;
	i = 247;while (--i);		//Delay 500us
	OneWire_DQ=1;
	i = 32;while (--i);			//Delay 70us
	AckBit=OneWire_DQ;
	i = 247;while (--i);		//Delay 500us
	return AckBit;
}

/**
  * @brief  单总线发送一位
  * @param  Bit 要发送的位
  * @retval 无
  */
void OneWire_SendBit(unsigned char Bit)
{
	unsigned char i;
	OneWire_DQ=0;
	i = 4;while (--i);			//Delay 10us
	OneWire_DQ=Bit;
	i = 24;while (--i);			//Delay 50us
	OneWire_DQ=1;
}

/**
  * @brief  单总线接收一位
  * @param  无
  * @retval 读取的位
  */
unsigned char OneWire_ReceiveBit(void)
{
	unsigned char i;
	unsigned char Bit;
	OneWire_DQ=0;
	i = 2;while (--i);			//Delay 5us
	OneWire_DQ=1;
	i = 2;while (--i);			//Delay 5us
	Bit=OneWire_DQ;
	i = 24;while (--i);			//Delay 50us
	return Bit;
}

/**
  * @brief  单总线发送一个字节
  * @param  Byte 要发送的字节
  * @retval 无
  */
void OneWire_SendByte(unsigned char Byte)
{
	unsigned char i;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		OneWire_SendBit(Byte&(0x01<<i));
	}
}

/**
  * @brief  单总线接收一个字节
  * @param  无
  * @retval 接收的一个字节
  */
unsigned char OneWire_ReceiveByte(void)
{
	unsigned char i;
	unsigned char Byte=0x00;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		if(OneWire_ReceiveBit()){Byte|=(0x01<<i);}
	}
	return Byte;
}

OneWire.h

#ifndef __ONEWIRE_H__
#define __ONEWIRE_H__

unsigned char OneWire_Init(void);
void OneWire_SendBit(unsigned char Bit);
unsigned char OneWire_ReceiveBit(void);
void OneWire_SendByte(unsigned char Byte);
unsigned char OneWire_ReceiveByte(void);

#endif

main.c

#include <REGX52.H>
#include "LCD1602.h"
#include "DS18B20.h"
#include "Delay.h"

float T;

void main()
{
	DS18B20_ConvertT();		//上电先转换一次温度，防止第一次读数据错误
	Delay(1000);			//等待转换完成
	LCD_Init();
	LCD_ShowString(1,1,"Temperature:");
	while(1)
	{
		DS18B20_ConvertT();	//转换温度
		T=DS18B20_ReadT();	//读取温度
		if(T<0)				//如果温度小于0
		{
			LCD_ShowChar(2,1,'-');	//显示负号
			T=-T;			//将温度变为正数
		}
		else				//如果温度大于等于0
		{
			LCD_ShowChar(2,1,'+');	//显示正号
		}
		LCD_ShowNum(2,2,T,3);		//显示温度整数部分
		LCD_ShowChar(2,5,'.');		//显示小数点
		LCD_ShowNum(2,6,(unsigned long)(T*10000)%10000,4);//显示温度小数部分
	}
}

13.温度报警器代码

第一步：

LCD1602模块、Delay模块、按键模块、I2C模块、AT24C02模块、One Wire模块、DS18B20模块复制粘贴到这个工程

第二步：

先把主函数写成DS18B20读取温度代码的形式

第三步：

在主函数。把温度的上线值和下限值定义出来

第四步：

在主函数。定义按键和按键判断、超出判断

第五步：

在主函数，按键函数的下面，越界判断

第六步：

在主函数。因为T=-T和T>THigh，所以T < TLow始终是正数，为了避免，我们要定义一个新的变量

第七步：

在主函数。写入操作和默认值设入

第八步：

把原来的按键模块移出去，导入定时器扫描按键的按键模块导入本工程

第九步：

在主函数中。复制粘贴中断函数，然后中断函数调用按键驱动函数

第十步：

One Wire模块。因为主函数的定时器中断函数，会打断主循环的进程。因为时序很严格，几us，中断完了，都过去了。所以我们要把One Wire模块所有的延迟，在中断函数开始时给屏蔽，结束了才打开。这样会对定时器有很大的影响，秒表这些功能无法实现，但对于这个功能没影响

最终代码：

模块：

Key.c

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"

unsigned char Key_KeyNumber;

/**
  * @brief  获取按键键码
  * @param  无
  * @retval 按下按键的键码，范围：0,1~4,0表示无按键按下
  */
unsigned char Key(void)
{
	unsigned char Temp=0;
	Temp=Key_KeyNumber;
	Key_KeyNumber=0;
	return Temp;
}

/**
  * @brief  获取当前按键的状态，无消抖及松手检测
  * @param  无
  * @retval 按下按键的键码，范围：0,1~4,0表示无按键按下
  */
unsigned char Key_GetState()
{
	unsigned char KeyNumber=0;
	
	if(P3_1==0){KeyNumber=1;}
	if(P3_0==0){KeyNumber=2;}
	if(P3_2==0){KeyNumber=3;}
	if(P3_3==0){KeyNumber=4;}
	
	return KeyNumber;
}

/**
  * @brief  按键驱动函数，在中断中调用
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void Key_Loop(void)
{
	static unsigned char NowState,LastState;
	LastState=NowState;				//按键状态更新
	NowState=Key_GetState();		//获取当前按键状态
	//如果上个时间点按键按下，这个时间点未按下，则是松手瞬间，以此避免消抖和松手检测
	if(LastState==1 && NowState==0)
	{
		Key_KeyNumber=1;
	}
	if(LastState==2 && NowState==0)
	{
		Key_KeyNumber=2;
	}
	if(LastState==3 && NowState==0)
	{
		Key_KeyNumber=3;
	}
	if(LastState==4 && NowState==0)
	{
		Key_KeyNumber=4;
	}
}

Key.h

#ifndef __KEY_H__
#define __KEY_H__

unsigned char Key(void);
void Key_Loop(void);

#endif

OneWire.c

#include <REGX52.H>

//引脚定义
sbit OneWire_DQ=P3^7;

/**
  * @brief  单总线初始化
  * @param  无
  * @retval 从机响应位，0为响应，1为未响应
  */
unsigned char OneWire_Init(void)
{
	unsigned char i;
	unsigned char AckBit;
	EA=0;
	OneWire_DQ=1;
	OneWire_DQ=0;
	i = 247;while (--i);		//Delay 500us
	OneWire_DQ=1;
	i = 32;while (--i);			//Delay 70us
	AckBit=OneWire_DQ;
	i = 247;while (--i);		//Delay 500us
	EA=1;
	return AckBit;
}

/**
  * @brief  单总线发送一位
  * @param  Bit 要发送的位
  * @retval 无
  */
void OneWire_SendBit(unsigned char Bit)
{
	unsigned char i;
	EA=0;
	OneWire_DQ=0;
	i = 4;while (--i);			//Delay 10us
	OneWire_DQ=Bit;
	i = 24;while (--i);			//Delay 50us
	OneWire_DQ=1;
	EA=1;
}

/**
  * @brief  单总线接收一位
  * @param  无
  * @retval 读取的位
  */
unsigned char OneWire_ReceiveBit(void)
{
	unsigned char i;
	unsigned char Bit;
	EA=0;
	OneWire_DQ=0;
	i = 2;while (--i);			//Delay 5us
	OneWire_DQ=1;
	i = 2;while (--i);			//Delay 5us
	Bit=OneWire_DQ;
	i = 24;while (--i);			//Delay 50us
	EA=1;
	return Bit;
}

OneWire.h

#ifndef __ONEWIRE_H__
#define __ONEWIRE_H__

unsigned char OneWire_Init(void);
void OneWire_SendBit(unsigned char Bit);
unsigned char OneWire_ReceiveBit(void);
void OneWire_SendByte(unsigned char Byte);
unsigned char OneWire_ReceiveByte(void);

#endif

main.c

#include <REGX52.H>
#include "LCD1602.h"
#include "DS18B20.h"
#include "Delay.h"
#include "AT24C02.h"
#include "Key.h"
#include "Timer0.h"

float T,TShow;
char TLow,THigh;
unsigned char KeyNum;

void main()
{
	DS18B20_ConvertT();		//上电先转换一次温度，防止第一次读数据错误
	Delay(1000);			//等待转换完成
	THigh=AT24C02_ReadByte(0);	//读取温度阈值数据
	TLow=AT24C02_ReadByte(1);
	if(THigh>125 || TLow<-55 || THigh<=TLow)
	{
		THigh=20;			//如果阈值非法，则设为默认值
		TLow=15;
	}
	LCD_Init();
	LCD_ShowString(1,1,"T:");
	LCD_ShowString(2,1,"TH:");
	LCD_ShowString(2,9,"TL:");
	LCD_ShowSignedNum(2,4,THigh,3);
	LCD_ShowSignedNum(2,12,TLow,3);
	Timer0_Init();
	
	while(1)
	{
		KeyNum=Key();
		
		/*温度读取及显示*/
		DS18B20_ConvertT();	//转换温度
		T=DS18B20_ReadT();	//读取温度
		if(T<0)				//如果温度小于0
		{
			LCD_ShowChar(1,3,'-');	//显示负号
			TShow=-T;		//将温度变为正数
		}
		else				//如果温度大于等于0
		{
			LCD_ShowChar(1,3,'+');	//显示正号
			TShow=T;
		}
		LCD_ShowNum(1,4,TShow,3);		//显示温度整数部分
		LCD_ShowChar(1,7,'.');		//显示小数点
		LCD_ShowNum(1,8,(unsigned long)(TShow*100)%100,2);//显示温度小数部分
		
		/*阈值判断及显示*/
		if(KeyNum)
		{
			if(KeyNum==1)	//K1按键，THigh自增
			{
				THigh++;
				if(THigh>125){THigh=125;}
			}
			if(KeyNum==2)	//K2按键，THigh自减
			{
				THigh--;
				if(THigh<=TLow){THigh++;}
			}
			if(KeyNum==3)	//K3按键，TLow自增
			{
				TLow++;
				if(TLow>=THigh){TLow--;}
			}
			if(KeyNum==4)	//K4按键，TLow自减
			{
				TLow--;
				if(TLow<-55){TLow=-55;}
			}
			LCD_ShowSignedNum(2,4,THigh,3);	//显示阈值数据
			LCD_ShowSignedNum(2,12,TLow,3);
			AT24C02_WriteByte(0,THigh);		//写入到At24C02中保存
			Delay(5);
			AT24C02_WriteByte(1,TLow);
			Delay(5);
		}
		if(T>THigh)			//越界判断
		{
			LCD_ShowString(1,13,"OV:H");
		}
		else if(T<TLow)
		{
			LCD_ShowString(1,13,"OV:L");
		}
		else
		{
			LCD_ShowString(1,13,"    ");
		}
	}
}

void Timer0_Routine() interrupt 1
{
	static unsigned int T0Count;
	TL0 = 0x18;		//设置定时初值
	TH0 = 0xFC;		//设置定时初值
	T0Count++;
	if(T0Count>=20)
	{
		T0Count=0;
		Key_Loop();	//每20ms调用一次按键驱动函数
	}
}

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1.DS18B20介绍

2.引脚及应用电路

3.内部结构框图

4.存储器结构

5.单总线介绍

6.单总线电路规范

7.单总线时序结构

初识化（蓝色表示，S）：

发送一位（绿色表示，s:（BIT（比特位）））：

接受一位（紫色表示，R：（BIT（比特位）））：

发送一个字节（S：（BYTE（字节）））/接受一个字节（R：BYTE（字节））:

8.DS18B20操作流程

ROM指令：

功能指令：

9.DS18B20数据帧

10.温度储存格式

11.ROM操作图

12.DS18B20读取温度代码

工程思路：

第一步：

第二步：

第三步：

第四步：

第五步：

第六步：

第七步：

第八步：

第九步：

最终代码：

模块：

DS18B20.c

DS18B20.h

OneWire.c

OneWire.h

main.c

13.温度报警器代码

第一步：

第二步：

第三步：

第四步：

第五步：

第六步：

第七步：

第八步：

第九步：

第十步：

最终代码：

模块：

Key.c

Key.h

OneWire.c

OneWire.h

main.c

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