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硬件开发1-51单片机4-DS18B20

news 2025/9/8 9:28:05

DS18B20 温度传感器驱动代码用法总结

一、DS18B20硬件介绍

1、DS18B20：

在无干扰时，DS18B20 指示值近似室温；有自身发热或外部热源时，指示值偏向器件温度

2、通信方式：半双工

因此，读、写和完成温度变换所需的电源可以由数据线本身提供，而不需要外部电源

能够完成：温度转换→数据存储→与主机通信

<主从关系图>

3、优点：

DS1820 靠 “唯一序列号” 实现了 “一根线连多个传感器且能区分彼此”，让 “多位置同时测温度” 变得更简单，因此能用于各种需要多点温度管理的场景

4、特点：

独特的单线接口，只需1个接口引脚即可通信

多点（multidrop）能力使分布式温度检测应用得以简化

不需要外部元件

可用数据线供电

不需备份电源

以9 位数字值方式读出温度

在1秒（典型值）内把温度变换为数字

用户可定义的，非易失性的温度告警设置

告警搜索命令识别和寻址温度在编定的极限之外的器件 (温度告警情况)

应用范围包括恒温控制，工业系统，消费类产品，温度计或任何热敏系统

5、测量范围：

-55℃-125℃

6、测量精度：

±0.5℃

7、引脚排列

引脚（8 脚 SOIC）	引脚 PR35	符号	说明
5	1	GND	地
4	2	DQ	单线运用的数据输入 / 输出引脚：漏极开路见 “寄生电源” 一节（51单片机连接P37引脚）
3	3	V₍DD₎	可选 V₍DD₎引脚。有关连接的细节见 “寄生电源” 一节

引脚（8 脚 SOIC）

引脚 PR35

符号

说明

GND

地

单线运用的数据输入 / 输出引脚：漏极开路见 “寄生电源” 一节

（51单片机连接P37引脚）

V₍DD₎

可选 V₍DD₎引脚。有关连接的细节见 “寄生电源” 一节

▲ 51单片机的P37引脚：外接上拉电阻->保证空闲状态是高电平

满足DS18B20单总线 “空闲高电平” 的通信要求

二、代码实现

1、main.c

#include <reg51.h>
#include <stdio.h>
#include <intrins.h>
#include "ds18b20.h"
#include "uart.h"int main(void)
{float ret = 0;xdata char s[20];Uart_Init();while (1){ret = get_tmp();sprintf(s,"%f",ret);Uart_SendStr(s);}return 0;
}

2、ds18b20.c

#include <reg51.h>
#include <stdio.h>
#include <intrins.h>
#include "delay.h"
#include "uart.h"#define DQ_HIGH ((P3 |= (1<<7))) 		//将与DQ相连接的P37号引脚制1
#define DQ_DOWN ((P3 &= ~(1<<7)))		//将与DQ相连接的P37号引脚制0
#define DQ_CHECK ((P3 & (1<<7)) != 0)		//检测DQ引脚电平 p37为1时 为 1// DQ_CHECK为1是高电平//ds18b20 复位函数
//过程满足：主机发送复位脉冲 → 传感器回应存在脉冲（有两个阶段） → 主机确认存在脉冲
int ds18b20_Reset(void)
{int t = 0;//*初始化 —> 复位和存在脉冲//ds18b20 的p3 连接着一个上拉电阻 所以空闲时是高电平DQ_DOWN;	 		//将DQ引脚拉低Delay10us(70);		// 延时700usDQ_HIGH;			//将DQ引脚拉高Delay10us(5);		// 延时50us//*检测传感器是否存在脉冲的 第一阶段 （现高电平）//在300us内检测DQ引脚是否被ds18b20拉低，被拉低代表ds18b20回复了一个存在脉冲信号while (DQ_CHECK && t < 30)	//高电平进入循环等待，低电平跳出循环(说明回复了一个存在脉冲信号){Delay10us(1);t++;		}if (t >= 30) //如果300us内没恢复低电平，返回失败{return 0;}t = 0;// *检测传感器是否存在脉冲的 第二阶段 （现低电平）// 在300us内检测DQ引脚是否被ds18b20拉高while (!DQ_CHECK && t < 30){Delay10us(1);t++;	}if (t > 30)	//如果300us内没恢复高电平，返回失败{return 0;}//两个阶段都检测成功，返回 1 表示传感器存在且正常return 1;}// 向ds18b20发送一个字节数据
void write_ds18b20(unsigned char dat)
{int i = 0;//* 循环判断要发送的数据中的8bit是1还是0// 写 1 时：只需极短拉低（≥1μs）//写 0 时：需要长拉低（≥60μs）for (i = 0; i < 8; i++){if (dat & 1)  //bit -> 1{DQ_DOWN;_nop_();_nop_();DQ_HIGH;Delay10us(5);}else  			//bit -> 0{DQ_DOWN;Delay10us(5);DQ_HIGH;}dat >>= 1;}
}// 从ds18b20读取一个字节数据
unsigned char read_ds18b20(void)
{int i = 0;unsigned char ret = 0;for (i = 0; i < 8 ; i++){DQ_DOWN;_nop_();_nop_();DQ_HIGH;_nop_();_nop_();_nop_();if (DQ_CHECK)   // 如果DQ是高位，ds18b20发送一个bit1{ret |= (1 << i);}Delay10us(5);}return ret;
}// 获取ds18b20采集到的温度
float get_tmp(void)
{short ret = 0;unsigned char tl = 0;unsigned char th = 0;ds18b20_Reset();write_ds18b20(0xCC);write_ds18b20(0x44);Delay1ms(1000);ds18b20_Reset();write_ds18b20(0xCC);write_ds18b20(0xBE);tl = read_ds18b20();th = read_ds18b20();ret = th << 8;ret |= tl;return ret * 0.0625;		
}

3、ds18b20.h

#ifndef DS18B20_H__
#define DS18B20_H__extern int ds18b20_Reset(void);
extern void write_ds18b20(unsigned char dat);
extern unsigned char read_ds18b20(void);
extern float get_tmp(void);#endif

4、uart.c

#include <reg51.h>xdata char recv_buffer[32];
unsigned int pos = 0;// 串口接收服务
void uart_RecvHandler(void) interrupt 4
{if ((SCON & (1 << 0)) == 1){if (pos < 32){recv_buffer[pos++] = SBUF;recv_buffer[pos] = 0;}SCON &= ~(1 << 0);}
}//串口初始化
void Uart_Init(void)
{//将scon寄存器中的bit6和bit7清0SCON &= ~(3 << 6);//串口工作模式选择：SMO:0 SM1:1 代表串口工作在8位UART模式SCON |= (1 << 6);// 允许串口接收数据SCON |= (1 << 4); // 串口波特率加倍PCON &= ~(1 << 6);PCON |= (1 << 7);// TMOD寄存器高四位清0// 定时器1工作在8位自动重装模式TMOD &= ~(0x0F << 4);        TMOD |= (1 << 5);            // 2 ^ 8 - 2 ^ smod * focs/32/bps/12	bps:2400TL1 = 230;			        TH1 = 230;// 允许定时器1开始计数TCON |= (1 << 6);             // 允许CPU响应中断 + 允许串口产生中断IE |= (1 << 7) | (1 << 4);    
}void Uart_SendChar(unsigned char ch)
{SBUF = ch;while ((SCON & (1 << 1)) == 0);SCON &= ~(1 << 1);}void Uart_SendStr(const char *p)
{while (*p){Uart_SendChar(*p++);} 
}void Uart_SendBuffer(const char *p,int len)
{while(len--){Uart_SendChar(*p++);}
}

5、uart.h

#ifndef UART_H__
#define UART_H__extern void Uart_Init(void);
extern void Uart_SendChar(unsigned char ch);
extern void Uart_SendStr(const char *p);
extern void Uart_SendBuffer(const char *p,int len);
extern xdata char recv_buffer[32];
extern unsigned int pos;#endif

6、delay.c

#include <intrins.h>//粗略进行延时
void delay(unsigned int n)
{while(n--);
}//12MHz晶振版本 更加精准控制时间
void Delay10us(unsigned int n)	//@12.000MHz
{unsigned char data i;_nop_();_nop_();_nop_();i = 2 * n;while (--i){			_nop_();		}
}void Delay1ms(unsigned int n)
{while(n--){Delay10us(100);}
}

7、delay.h

#ifndef DELAY_H__
#define DELAY_H__extern void delay(unsigned int n);
extern void Delay10us(unsigned int n);
extern void Delay1ms(unsigned int n);#endif

三、核心函数功能说明

文件	功能	核心作用
`main.c`	主程序逻辑	循环获取温度并通过串口发送
`ds18b20.c`	DS18B20 驱动（复位 / 读写 / 测温）	实现单总线通信协议，获取温度值
`uart.c`	串口初始化与数据发送	将温度数据转换为字符串输出
`delay.c`	延时函数	提供单总线通信所需的精确时序（μs 级）
各`.h`文件	函数 / 变量声明	实现跨文件调用，模块解耦

四、核心流程详解（main）

1、初始化阶段：

Uart_Init(); // 初始化串口，设置波特率、工作模式

2、2. 循环测温与发送：

main()内的while(1）

ret = get_tmp(); // 获取温度值（float类型）
sprintf(s,"%f",ret); // 转换为字符串
Uart_SendStr(s); // 串口发送字符串

核心是get_tmp()函数，它封装了 DS18B20 的完整测温流程

五、单总线通信协议的软件实现（DS`18B20`）

1、复位函数：`ds18b20_Reset(void)`

实现的原理：DS18B20 的通信依赖严格的时序，根据时序图电平的起伏以及所需的时间进行的结合精确的延时函数，模拟时序图中 “电平起伏的时间规律”，从而实现让传感器能识别命令、传输数据（复位、写指令、读温度等操作）

功能：向 DS18B20 发送复位信号，并检测传感器是否响应

流程：拉低 DQ 引脚 700us（复位信号）→ 释放引脚 50us → 检测 300us 内是否收到传感器的应答信号（低电平）→ 检测 300us 内应答信号是否结束（恢复高电平）

返回值：1表示传感器响应正常；0表示无响应（通信失败）

2、写数据函数：`write_ds18b20(unsigned char dat)`

功能：向 DS18B20 写入 1 字节数据（8 位）

原理：按位发送数据，每位时序如下：

发送1：拉低 DQ 引脚 2 个时钟周期 → 释放引脚 → 延时 50us

发送0：拉低 DQ 引脚 50us → 释放引脚

3、读数据函数：`read_ds18b20(void)`

功能：从 DS18B20 读取 1 字节数据（8 位）

原理：按位读取数据，每位时序如下：

拉低 DQ 引脚 2 个时钟周期 → 释放引脚 → 延迟 3 个时钟周期后检测 DQ 引脚电平 → 高电平表示读入1，低电平表示读入0 → 延时 50us

返回值：读取到的 1 字节数据

4、温度读取函数：`get_temp(void)`

功能：触发温度转换并读取转换后的温度值

流程：

复位传感器 → 发送跳过 ROM 指令（0xCC）→ 发送温度转换指令（0x44）→ 延时 1000ms 等待转换完成

再次复位 → 发送跳过 ROM 指令（0xCC）→ 发送读取暂存器指令（0xBE）

读取温度低 8 位（tl）和高 8 位（th）→ 组合为 16 位数据（ret = th << 8 | tl）。

转换为温度值：ret * 0.0625（DS18B20 的温度分辨率为 0.0625℃）

返回值：float 类型的温度值（单位：℃）

六、使用方法

确保硬件连接正确（DQ 引脚接 P3.7，电源和地正常连接）
初始化延时函数（Delay10us()和Delay1ms()）
直接调用get_temp()函数即可获取当前温度，例如：
```
float temp;
temp = get_temp(); // 读取温度值
```

七、注意事项

通信时序严格依赖延时函数，若延时不准确会导致通信失败
get_temp()函数中包含 1000ms 的转换等待时间，若需优化响应速度，可根据 DS18B20 的转换速率调整延时（最高精度下转换时间约 750ms）
若总线上有多个 DS18B20，需修改代码（替换0xCC指令）以支持 ROM 匹配，当前代码默认单传感器场景（跳过 ROM）