英創信息技術基于DS18B20測溫系統解決思路

英創嵌入式主板以其優異的穩定性、獨特的設計及方便使用等優點，在嵌入式領域占有一席之地。在工業現場，經常有監測環境溫度的需求，本方案應用DS18B20為溫度采集芯片，與英創嵌入式主板的GPIO相連，就可以組成完整的測溫系統。由于DS18B20每條總線上可以最多接8個測溫點，那么英創嵌入式主板至少可以接64個測溫點。
DS18B20數字溫度計是DALLAS公司生產的1-Wire即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。實際應用中不需要外部任何元器件即可實現測溫，測量溫度范圍在-55°C到+125°C之間，數字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇；并且內部有溫度上、下限告警設置，使用非常方便。
TO-92封裝的DS18B20的引腳排列見圖1，其引腳功能描述見表1。

表1 DS18B20詳細引腳功能描述：

DS18B20的使用方法

由于DS18B20采用的是1-Wire總線協議方式，即在一根數據線實現數據的雙向傳輸，而對嵌入式主板來說，硬件上并不支持單總線協議，因此，我們必須采用GPIO的方法來模擬單總線的協議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。在本示例中，只需把管腳2接英創嵌入式主板的GPIO，管腳3接5V電源，管腳1接地，就可以搭建起測試環境，如圖二所示。如果需要測試多點溫度，可以把多個DS18B20并起。

由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數據，因此，對讀寫的數據位有著嚴格的時序要求。DS18B20有嚴格的通信協議來保證各位數據傳輸的正確性和完整性。該協議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將嵌入式主板作為主設備，單總線器件作為從設備。每一次命令和數據的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件送回數據，在進行寫命令后，主機需要啟動讀時序完成數據接收。數據和命令的傳輸都是低位在先。

下面是18B20的時序圖，根據時序的要求，改變GPIO的電平，可以完成18B20的操作。

DS18B20復位時序

根據以上DS18B20的時序，初始化的函數如下：

Init18b20（）

{

char flag;

OutBit（1）;

Delayus（1）;

OutBit（0）;

Delayus（600）; // 復位信號480—960us

OutBit（1）;

Delayus（60）; // 等待15-60us

if（ReadBit（）） // 檢查存在電平，如果為低，說明18B20正確復位

{

printf（‘init fail’）;

return false; // detect 1820 fail！

}

else

{

Sleep（1）;

OutBit（1）;

return true; // detect 1820 success！

}

}

DS18B20的數據讀寫時通過時間間隙處理位和命令字來確認信息交換。

DS18B20的寫時間隙

當主機把數據線從邏輯高電平拉到邏輯低電平的時候，寫時間隙開始。有兩種寫時間隙：寫1時間隙和寫0時間隙。所有寫時間隙必須最少持續60us，包括兩個寫周期間至少1us的恢復時間。

I/O線電平變低后，DS18B20在一個15us到60us的窗口內對I/O線采樣。如果線上是高電平，就是寫1，如果線上是低電平，就是寫0。如圖所示。

void DS18B20：：WriteByte（uchar wr）

{

uchar i;

OutBit（1）;

Delayus（1）;

for （i=0;i《8;i++） // 寫8bit

{

OutBit（0） ; // 總線拉低，寫間隙開始

Delayus（10）; // 延時 2-12us

OutBit（wr&0x01） ; // 寫數據到總線

Delayus（30）; // 在15us-60us之間采用

OutBit（1）; // 釋放總線

wr 》》= 1;

Delayus（2）;

}

Sleep（1）; // 字節之間最好間隔的稍微長一點

}

DS18B20的讀時間隙

當從DS18B20讀取數據時，主機生成讀時間隙。當主機把數據線從高電平拉到低電平時，讀時間隙開始，數據線必須保持至少1us；從DS8B20輸出的數據在讀時間隙的下降沿出現后15us內有效。對于DS18B20的讀時隙是從主機把總線拉低之后，在15微秒之內就得釋放單總線，以讓DS18B20把數據傳輸到單總線上。DS18B20在完成一個讀時序過程，至少要60us才能完成。

根據以上的讀時序圖，讀字節函數如下：

UCHAR DS18B20：：ReadByte（）

{

uchar i，u=0;

OutBit（1）;

Delayus（1）;

for（i=0;i《8;i++） // 讀一字節

{

OutBit（0） ; // 總線拉低，讀間隙開始

Delayus（2）;

OutBit（1） ; // 拉高總線

Delayus（4）; // 在1-14us之內讀取總線數據

u 》》= 1;

if（ReadBit（）==1） u |= 0x80;

Delayus（60）; // 讀取數據周期至少60us

OutBit（1） ;

}

return（u）;

}

在讀溫度之前，要先啟動溫度轉換，如果采用寄生電源供電，溫度轉換的時間應該大于500毫秒。對于一條總線的多個18B20來說，啟動轉換不需要匹配18B20的ROM地址。

void DS18B20：：StartConvert（）

{

Init18b20 （）;

WriteByte（0xcc）; // 跳過ROM

WriteByte（0x44）; // 啟動轉換命令

}

在讀指定的18B20時，就要先發匹配命令，再發ROM序列號，具體請參考下面的程序：

void DS18B20：：TemperatuerResult（char id）

{

uchar i;

Init18b20 （）;

WriteByte（0x55）; // 匹配ROM地址

for（i=0;i《8;i++） // 發18B20地址碼

{

WriteByte（b20rom［id］［i］）;

}

WriteByte（0xbe）; // 發讀溫度命令

read_bytes（2）; // 前2個字節為溫度值

temp=temp_buff［1］&0x0f; // 去掉符號位

temp=temp《《8;

temp=temp+temp_buff［0］;

Temperature=temp*0.0625; // 得到溫度值

}