英创信息技术基于DS18B20测温系统解决思路

英创嵌入式主板以其优异的稳定性、独特的设计及方便使用等优点，在嵌入式领域占有一席之地。在工业现场，经常有监测环境温度的需求，本方案应用DS18B20为温度采集芯片，与英创嵌入式主板的GPIO相连，就可以组成完整的测温系统。由于DS18B20每条总线上可以最多接8个测温点，那么英创嵌入式主板至少可以接64个测温点。
DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1-Wire即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温，测量温度范围在-55°C到+125°C之间，数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择；并且内部有温度上、下限告警设置，使用非常方便。
TO-92封装的DS18B20的引脚排列见图1，其引脚功能描述见表1。

表1 DS18B20详细引脚功能描述：

序号	名称	引脚功能描述
1	GND	地信号
2	DQ	数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚 当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源
3	VDD	可选的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地

DS18B20的使用方法

由于DS18B20采用的是1-Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对嵌入式主板来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用GPIO的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。在本示例中，只需把管脚2接英创嵌入式主板的GPIO，管脚3接5V电源，管脚1接地，就可以搭建起测试环境，如图二所示。如果需要测试多点温度，可以把多个DS18B20并起。

由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将嵌入式主板作为主设备，单总线器件作为从设备。每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件送回数据，在进行写命令后，主机需要启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。

下面是18B20的时序图，根据时序的要求，改变GPIO的电平，可以完成18B20的操作。

DS18B20复位时序

根据以上DS18B20的时序，初始化的函数如下：

Init18b20（）

{

char flag;

OutBit（1）;

Delayus（1）;

OutBit（0）;

Delayus（600）; // 复位信号480—960us

OutBit（1）;

Delayus（60）; // 等待15-60us

if（ReadBit（）） // 检查存在电平，如果为低，说明18B20正确复位

{

printf（‘init fail’）;

return false; // detect 1820 fail！

}

else

{

Sleep（1）;

OutBit（1）;

return true; // detect 1820 success！

}

}

DS18B20的数据读写时通过时间间隙处理位和命令字来确认信息交换。

DS18B20的写时间隙

当主机把数据线从逻辑高电平拉到逻辑低电平的时候，写时间隙开始。有两种写时间隙：写1时间隙和写0时间隙。所有写时间隙必须最少持续60us，包括两个写周期间至少1us的恢复时间。

I/O线电平变低后，DS18B20在一个15us到60us的窗口内对I/O线采样。如果线上是高电平，就是写1，如果线上是低电平，就是写0。如图所示。

void DS18B20：：WriteByte（uchar wr）

{

uchar i;

OutBit（1）;

Delayus（1）;

for （i=0;i《8;i++） // 写8bit

{

OutBit（0） ; // 总线拉低，写间隙开始

Delayus（10）; // 延时 2-12us

OutBit（wr&0x01） ; // 写数据到总线

Delayus（30）; // 在15us-60us之间采用

OutBit（1）; // 释放总线

wr 》》= 1;

Delayus（2）;

}

Sleep（1）; // 字节之间最好间隔的稍微长一点

}

DS18B20的读时间隙

当从DS18B20读取数据时，主机生成读时间隙。当主机把数据线从高电平拉到低电平时，读时间隙开始，数据线必须保持至少1us；从DS8B20输出的数据在读时间隙的下降沿出现后15us内有效。对于DS18B20的读时隙是从主机把总线拉低之后，在15微秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少要60us才能完成。

根据以上的读时序图，读字节函数如下：

UCHAR DS18B20：：ReadByte（）

{

uchar i，u=0;

OutBit（1）;

Delayus（1）;

for（i=0;i《8;i++） // 读一字节

{

OutBit（0） ; // 总线拉低，读间隙开始

Delayus（2）;

OutBit（1） ; // 拉高总线

Delayus（4）; // 在1-14us之内读取总线数据

u 》》= 1;

if（ReadBit（）==1） u |= 0x80;

Delayus（60）; // 读取数据周期至少60us

OutBit（1） ;

}

return（u）;

}

在读温度之前，要先启动温度转换，如果采用寄生电源供电，温度转换的时间应该大于500毫秒。对于一条总线的多个18B20来说，启动转换不需要匹配18B20的ROM地址。

void DS18B20：：StartConvert（）

{

Init18b20 （）;

WriteByte（0xcc）; // 跳过ROM

WriteByte（0x44）; // 启动转换命令

}

在读指定的18B20时，就要先发匹配命令，再发ROM序列号，具体请参考下面的程序：

void DS18B20：：TemperatuerResult（char id）

{

uchar i;

Init18b20 （）;

WriteByte（0x55）; // 匹配ROM地址

for（i=0;i《8;i++） // 发18B20地址码

{

WriteByte（b20rom［id］［i］）;

}

WriteByte（0xbe）; // 发读温度命令

read_bytes（2）; // 前2个字节为温度值

temp=temp_buff［1］&0x0f; // 去掉符号位

temp=temp《《8;

temp=temp+temp_buff［0］;

Temperature=temp*0.0625; // 得到温度值

}