一、DS18B20介绍

DS18B20数字温度传感器是DALLAS公司生产的单总线器件，用它来组成一个测温系统具有线路简单，体积小，在一根通信线上可以挂很多这样的数字温度传感器，十分方便。

温度传感器种类众多，应用在高精度、高可靠性的场合时DALLAS公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。超小的体积，超低的硬件开销，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20更受欢迎。DS18B20的优势更是我们学习单片机技术和开发温度相关小产品的不二选择。了解工作原理和应用可以拓宽您对单片机开发的思路。

二、DS18B20特点

1、通信采用1-Wire接口

2、每个DS18B20都有唯一的64位序列码储存在板载ROM中

3、无需外部元件

4、可从数据线供电，电源范围为3.0V ~ 5.5V。

5、可测量的温度范围在-55℃ ~ +125℃

6、在－10～＋85℃范围内精确度为±0.5℃

7、温度计分辨率可设置为9~12位，12位时分辨率对应为0.0625℃

三、DS18B20在实际应用中的典型接法

1、工作在寄生电源下的典型接法

2、外部供电下的典型接法

四、单总线时序

DS18B20采用1-wire Bus所有数据都在一条线上传输，因此单总线协议对时序要求非常严格以确保数据的完整性。

单总线信号类型:复位脉冲、存在脉冲、写0、写1、读0、读1。所有这些信号除存在脉冲由DS18B20发出的以外其他信号都由总线控制器发出。

数据传输总是从最低有效位开始。

1、初始化时序

初始化时序里面包含了复位DS18B20和接收DS18B20返回的存在信号。

主机和DS18B20做任何通讯前都需要对其初始化。初始化期间，总线控制器拉低总线并保持480us以上挂在总线上的器件将被复位，然后释放总线，等到15-60us，此时18B20将返回一个60-240us之间的低电平存在信号。

复位脉冲和存在脉冲时序图：

2、写时序

写时序分为写0时序和写1时序。

总线控制器通过控制单总线高低电平持续时间从而把逻辑1或0写DS18B20中。

总线控制器要产生一个写时序，必须将总线拉低最少1us，产生写0时序时总线必须保持低电平60~120us之间，然后释放总线，产生写1时序时在总线产生写时序后的15us内允许把总线拉高。注意：2次写周期之间至少间隔1us

3、读时序

读时序分为读0时序和读1时序。

总线控制器通过读取由DS18B20控制的总线高低电平接收DS18B20数据,总线控制器要产生一个读时序，必须将总线拉低至少1us，然后释放总线，在读信号开始后15us内总线控制器采样总线数据，读一位数据至少保持在60us以上。注意：2次读周期之间至少间隔1us

读时序图:

读1详细时序图:

五、DS18B20暂存器

温度寄存器图表：

配置寄存器图表：

部分ROM指令及功能指令：

执行序列

通过单线总线端口访问DS18B20的协议如下：

步骤1. 初始化

步骤2. ROM操作指令

步骤3. DS18B20功能指令

忽略ROM指令（CCh）：

这条指令允许总线控制器不用提供64 位ROM 编码就使用功能指令。例如，总线控制器可以先发出一条忽略ROM 指令，然后发出温度转换指令[44h]，从而完成温度转换操作。在单点总线情况下使用该命令，器件无需发回64 位ROM 编码，从而节省了时间。如果总线上有不止一只从机，若发出忽略ROM指令，由于多只从机同时传送信号，总线上就会发生数据冲突。

六、DS18B20功能指令

1、温度转换指令（44h）

这条命令用以启动一次温度转换。温度转换指令被执行，产生的温度转换结果数据以2个字节的形式被存储在高速暂存器中，而后DS18B20保持等待状态。

2、读暂存器指令（BEh）

这条命令读取暂存器的内容。读取将从字节0 开始，一直进行下去，直到读完暂存器所有字节，如果不想读完所有字节，控制器可以在任何时间发出复位命令来中止读取。

3、写暂存器指令（4Eh）

这条命令向DS18B20 的暂存器写入数据，开始位置在TH 寄存器（暂存器的第2个字节），接下来写入TL 寄存器（暂存器的第3 个字节），最后写入配置寄存器（暂存器的第4 个字节）

4、拷贝暂存器指令（48h）

这条命令把TH,TL 和配置寄存器（第2、3、4 字节）的内容拷贝到EEPROM 中。

七、执行序列

通过单线总线端口访问DS18B20的协议如下：

步骤1. 初始化

步骤2. ROM操作指令

步骤3. DS18B20功能指令

温度转换命令

读取暂存器命令

八、DS18B20驱动代码

1、51单片机（数码管显示）

#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
#define MAIN_Fosc		11059200UL	//宏定义主时钟HZ
/*====================================
 自定义类型名
====================================*/
typedef unsigned char INT8U;
typedef unsigned char uchar;

typedef unsigned int INT16U;
typedef unsigned int uint;

/*====================================
 硬件接口位声明
====================================*/
sbit DS  = P2^2;   //DS18B20单总线
sbit DU  = P2^6;   //数码管段选
sbit WE  = P2^7;   //数码管位选
/*====================================
共阴极数码管段选码
====================================*/
uchar code table[]={ 
//0		1	 2     3     4     5     6     7     8
0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F,
//9     A     B	   C	 D	   E	 F		-	 .	  关显示
0x6F, 0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E, 0x79, 0x71, 0x40, 0x80, 0x00
                   };

/*====================================
数码管位选码
====================================*/
				  //第1位	2位	  3位	 4位   5位	6位	  7位	8位
uchar code T_COM[] = {0xfe, 0xfd, 0xfb, 0xf7, 0xef, 0xdf, 0xbf, 0x7f};//数码管位码

/*====================================
函数：void Delay_Ms(INT16U ms)
参数：ms，毫秒延时形参
描述：12T 51单片机自适应主时钟毫秒级延时函数
====================================*/
void Delay_Ms(INT16U ms)
{
     INT16U i;
	 do{
	      i = MAIN_Fosc / 96000; 
		  while(--i);   //96T per loop
     }while(--ms);
}
/*us延时函数，执行一次US--所需6.5us进入一次函数需要11.95us*/
void Delay_us(uchar us)
{
	while(us--);	
}
/*====================================
函数：void Display(INT16U Value)
参数：Value,显示值 取值0-65535
描述：共阴极数码管显示函数可显示一个字节的数
====================================*/
void Display(INT16U Value)			//注意由于需要显示的数大于一个字节所有形参需为int型
{	
//------------------------------
	DU = 0;							//关闭段选
	P0 = table[Value/100];		//数码管显示百位
	DU = 1;							//打开段选
	DU = 0;							//关闭段选

	WE = 0;						//关闭位选
	P0 = T_COM[0];				   //第一位数码管
	WE = 1;						//打开位选
	WE = 0;						//关闭位选
	Delay_Ms(3);
//-------------------------------
	DU = 0;
	P0 = table[Value%100/10]|0x80; //显示十位
	DU = 1;
	DU = 0;

	WE = 0;
	P0 = T_COM[1];			  //第二位数码管
	WE = 1;
	WE = 0;
	Delay_Ms(3);
//-------------------------------
	DU = 0;
	P0 = table[Value%10];		//显示个位
	DU = 1;
	DU = 0;

	WE = 0;
	P0 = T_COM[2];				//第三位数码管
	WE = 1;
	WE = 0;
	Delay_Ms(3);
}
/*单总线初始化时序*/
bit ds_init()
{
	bit i;
	DS = 1;
	_nop_();
	DS = 0;
	Delay_us(75); //拉低总线499.45us 挂接在总线上的18B20将会全部被复位
	DS = 1; //释放总线
	Delay_us(4); //延时37.95us 等待18B20发回存在信号
	i = DS;
	Delay_us(20); //141.95us
	DS = 1;
	_nop_();
	return (i);
}
/*写一个字节*/
void write_byte(uchar dat)
{
	uchar i;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		DS = 0;
		_nop_();//产生些时序
		DS = dat & 0x01;
		Delay_us(10);//76.95us
		DS = 1; //释放总线准备下一次数据写入
		_nop_();
		dat >>= 1;
	}
}

uchar read_byte()
{
	uchar i, j, dat;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		DS = 0;
		_nop_();//产生读时序
		DS = 1;
		_nop_();//释放总线
		j = DS;
		Delay_us(10);//76.95us
		DS = 1;
		_nop_();
		dat = (j<<7)|(dat>>1);	
	}
	return (dat);
}
void main()
{
	uint i;
	uchar L, M;
/*	ds_init();//初始化DS18B20
	write_byte(0xcc);//发送跳跃ROM指令
	write_byte(0x4e);//写暂存器指令
	write_byte(0x7f);
	write_byte(0xf7);
	write_byte(0x1f);//配置工作在9位模式下
	ds_init();//初始化DS18B20
	write_byte(0xcc);//发送跳跃ROM指令 
	write_byte(0x48);*/
	while(1)
	{
		ds_init();//初始化DS18B20
		write_byte(0xcc);//发送跳跃ROM指令
		write_byte(0x44);//发送温度转换指令
		ds_init();//初始化DS18B20
		write_byte(0xcc);//发送跳跃ROM指令
		write_byte(0xbe);//读取DS18B20暂存器值
		L = read_byte();
		M = read_byte();
		i = M;
		i <<= 8;
		i |= L;						
		i = i * 0.0625 * 10 + 0.5;
		Display(i);
	}
}

2、51单片机（LCD1602液晶显示）

#include <reg52.H>
#include <intrins.H>
#include <math.H>

#define uchar unsigned char
  #define uint unsigned int
 sbit dula = P2^6;
 sbit wela = P2^7;
 sbit rw = P3^6; 
 sbit RS = P3^5;  
  
 sbit LCDEN = P3^4; 

void delayUs()
{
    _nop_();
}

 void delayMs(uint a)
{
    uint i, j;
    for(i = a; i > 0; i--)
        for(j = 100; j > 0; j--);
 }


void writeComm(uchar comm)
{
     RS = 0;    
    P0 = comm;
    LCDEN = 1;
     delayUs();
    LCDEN = 0;
    delayMs(1);
}

//写数据:RS=1, RW=0;
void writeData(uchar dat)
{
     RS = 1;
     P0 = dat;
     LCDEN = 1;
    delayUs();
    LCDEN = 0;
    delayMs(1);
 }


 void init()
 {
     rw = 0; 
     dula = wela = 0;
    writeComm(0x38);
   writeComm(0x0c); 
    writeComm(0x06);
    writeComm(0x01); 
}

void writeString(uchar * str, uchar length)
{
     uchar i;
    for(i = 0; i < length; i++)
    {
         writeData(str[i]);
     }
 }
 
/**//*****************************DS18B20*******************************/
 sbit ds = P2^2;
void dsInit()
 {
    
    unsigned int i;  
    ds = 0;
    i = 100;  
     while(i>0) i--;
    ds = 1;   
    i = 4;
     while(i>0) i--;
 }
 
void dsWait()
 {
      unsigned int i;
      while(ds);  
      while(~ds);
      i = 4;
      while(i > 0) i--;
}


bit readBit()
{
    unsigned int i;
    bit b;
    ds = 0;
    i++;   
    ds = 1; 
   i++; i++;  
    b = ds;
    i = 8; 
    while(i>0) i--;
    return b;
}

unsigned char readByte()
{
    unsigned int i;
    unsigned char j, dat;
   dat = 0;
    for(i=0; i<8; i++)
    {
        j = readBit();
      
        dat = (j << 7) | (dat >> 1);
    }
    return dat;
}


void writeByte(unsigned char dat)
{
    unsigned int i;
    unsigned char j;
    bit b;
    for(j = 0; j < 8; j++)
    {
        b = dat & 0x01;
        dat >>= 1;
    
        if(b)   
        {
           ds = 0;          i++; i++;  
            ds = 1;    
            i = 8; while(i>0) i--;  
        }
        else  
        {
            ds = 0;
          i = 8; while(i>0) i--;  
            ds = 1;
           i++; i++;
        }
   }
}


void sendChangeCmd()
{
    dsInit();    
    dsWait();   
    delayMs(1);    
    writeByte(0xcc);
    writeByte(0x44);
}

void sendReadCmd()
{
    dsInit();
    dsWait();
    delayMs(1);
    writeByte(0xcc); 
    writeByte(0xbe); 
}


int getTmpValue()
{
    unsigned int tmpvalue;
    int value; 
    float t;
    unsigned char low, high;
    sendReadCmd();
    
    low = readByte(); 
    high = readByte();
   
    tmpvalue = high;
    tmpvalue <<= 8;
    tmpvalue |= low;
    value = tmpvalue;
    
  \
    t = value * 0.0625;
    \
    value = t * 100 + (value > 0 ? 0.5 : -0.5); //大于0加0.5, 小于0减0.5
    return value;
}

void display(int v) 
{
    unsigned char count;
    unsigned char datas[] = {0, 0, 0, 0, 0};
    unsigned int tmp = abs(v);
    datas[0] = tmp / 10000;
    datas[1] = tmp % 10000 / 1000;
    datas[2] = tmp % 1000 / 100;
    datas[3] = tmp % 100 / 10;
    datas[4] = tmp % 10;
    writeComm(0xc0+3);
    if(v < 0)
    {
        writeString("- ", 2);
   }
    else
    {
       writeString("+ ", 2);
    }
    if(datas[0] != 0)
    {
        writeData('0'+datas[0]);
    }
    for(count = 1; count != 5; count++)
    {
        writeData('0'+datas[count]);
        if(count == 2)
        {
            writeData('.');
        }
    }
}
/**//*****************************DS18B20*******************************/

void main()
{
    uchar table[] = "  xianzaiwendu: ";
    sendChangeCmd();
    init();
    writeComm(0x80);
    writeString(table, 16);
    while(1)
    {
        delayMs(1000); //温度转换时间需要750ms以上
        writeComm(0xc0);
        display(getTmpValue());
        sendChangeCmd();
    }
}

3、STM32

#include "stm32f4xx_hal.h"

// DS18B20引脚定义
#define DS18B20_GPIO_PORT   GPIOA
#define DS18B20_GPIO_PIN    GPIO_PIN_0

// 定义DS18B20相关命令
#define DS18B20_CMD_SKIP_ROM        0xCC
#define DS18B20_CMD_CONVERT_T       0x44
#define DS18B20_CMD_READ_SCRATCHPAD 0xBE

// 函数声明
void DS18B20_DelayUs(uint32_t us);
void DS18B20_Init(void);
uint8_t DS18B20_Reset(void);
void DS18B20_WriteByte(uint8_t byte);
uint8_t DS18B20_ReadByte(void);
float DS18B20_GetTemperature(void);

int main(void)
{
    // 初始化HAL库
    HAL_Init();
    
    // 初始化GPIO引脚
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    GPIO_InitStruct.Pin = DS18B20_GPIO_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(DS18B20_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
    
    while (1)
    {
        // 测量温度并输出结果
        float temperature = DS18B20_GetTemperature();
        printf("Temperature: %.2f°C\r\n", temperature);
        
        // 延时一段时间
        HAL_Delay(1000);
    }
}

// 微秒级延时函数
void DS18B20_DelayUs(uint32_t us)
{
    uint32_t ticks = us * (SystemCoreClock / 1000000) / 3;
    while (ticks--)
    {
        __NOP();
    }
}

// 初始化DS18B20
void DS18B20_Init(void)
{
    // 复位DS18B20
    DS18B20_Reset();
    
    // 发送跳过ROM命令
    DS18B20_WriteByte(DS18B20_CMD_SKIP_ROM);
}

// 复位DS18B20并检测设备存在
uint8_t DS18B20_Reset(void)
{
    uint8_t presence = 0;
    
    // 拉低总线
    HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    DS18B20_DelayUs(480);
    
    // 释放总线
    HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET);
    DS18B20_DelayUs(60);
    
    // 检测DS18B20响应
    presence = HAL_GPIO_ReadPin(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN);
    DS18B20_DelayUs(420);
    
    return presence;
}

// 发送一个字节给DS18B20
void DS18B20_WriteByte(uint8_t byte)
{
    for (uint8_t i = 0; i < 8; i++)
    {
        // 发送低位
        HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);
        DS18B20_DelayUs(2);
        
        // 发送高位，根据byte的第i位来决定
        if (byte & (1 << i))
        {
            HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET);
        }
        
        DS18B20_DelayUs(60);
        
        // 释放总线
        HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET);
    }
}

// 从DS18B20读取一个字节
uint8_t DS18B20_ReadByte(void)
{
    uint8_t byte = 0;
    
    for (uint8_t i = 0; i < 8; i++)
    {
        // 发送低位
        HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);
        DS18B20_DelayUs(2);
        
        // 释放总线
        HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET);
        DS18B20_DelayUs(8);
        
        // 读取高位数据
        if (HAL_GPIO_ReadPin(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN))
        {
            byte |= (1 << i);
        }
        
        DS18B20_DelayUs(50);
    }
    
    return byte;
}

// 读取DS18B20温度
float DS18B20_GetTemperature(void)
{
    DS18B20_Init();
    
    // 发送温度转换命令
    DS18B20_WriteByte(DS18B20_CMD_CONVERT_T);
    
    // 等待转换完成
    HAL_Delay(800);
    
    // 复位DS18B20并跳过ROM
    DS18B20_Init();
    
    // 发送读取寄存器命令
    DS18B20_WriteByte(DS18B20_CMD_READ_SCRATCHPAD);
    
    // 读取温度数据
    uint8_t tempLow = DS18B20_ReadByte();
    uint8_t tempHigh = DS18B20_ReadByte();
    
    // 计算温度值
    int16_t temp = (tempHigh << 8) | tempLow;
    float temperature = (float)temp / 16.0f;
    
    return temperature;
}