ds18b20是美信公司的一款温度传感器，单片机可以通过1-wire和ds18b20进行通信，最终将温度读出。1-wire总线的硬件接口很简单，只需要把18b20的数据引脚和单片机的一个io口接上就可以通信。硬件的简单，随之而来的，就是软件时序的复杂。1-wire总线的时序比较复杂，很多同学在这里独立看时序图都看不明白，所以这里还要带着大家来研究18b20的时序图。我们先来看一下ds18b20的硬件原理图，如图1所示。
图1ds18b20
ds18b20通过编程，可以实现最高12位的温度存储值，在寄存器中，以补码的格式存储，如图2所示。
图2ds18b20温度表示
一共2个字节，lsb是低字节，msb是高字节，其中msb是字节的高位，lsb是字节的低位。大家可以看出来，二进制数字，每一位代表的温度的含义，都表示出来了。其中s表示的是符号位，低11位都是2的幂，用来表示最终的温度。ds18b20的温度测量范围是从-55度到+125度，而温度数据的表现形式，有正负温度，寄存器中每个数字如同卡尺的刻度一样分布，如图3所示。
图3ds18b20温度显示
二进制数字最低位变化1，代表温度变化0.0625度的映射关系。当0度的时候，那就是0x0000，当温度125度的时候，对应十六进制是0x07d0，当温度是零下55度的时候，对应的数字是0xfc90。反过来说，当数字是0x0001的时候，那温度就是0.0625度了。
首先，我先根据手册上ds18b20工作协议过程大概讲解一下。
1、初始化。和i2c的寻址类似，1-wire总线开始也需要检测这条总线上是否存在ds18b20这个器件。如果这条总线上存在ds18b20，总线会根据时序要求返回一个低电平脉冲，如果不存在的话，也就不会返回脉冲，即总线保持为高电平，所以习惯上称之为检测存在脉冲。此外，获取存在脉冲不仅仅是检测是否存在ds18b20，还要通过这个脉冲过程通知ds18b20准备好，单片机要进行操作它了，如图4所示。
图4获取存在脉冲
大家注意看图，实粗线是我们单片机io口拉低这个引脚，虚粗线是ds18b20拉低这个引脚，细线是单片机和ds18b20释放总线后，依靠上拉电阻的作用把io口引脚拉上去的。这个我们前边提到过了，51单片机释放总线就是给高电平即可。
存在脉冲检测过程，首先我们单片机要拉低这个引脚，持续大概480us到960us之间的时间即可，我们的程序中持续了500us。然后，单片机释放总线，就是给高电平，ds18b20等待大概15到60us后，会主动拉低这个引脚大概是60到240us，而后ds18b20会主动释放总线，这样io口会被上拉电阻自动拉高。
有的同学还是不能够彻底理解，程序列出来逐句解释。首先，由于ds18b20时序要求非常严格，所以在操作时序的时候，为了防止中断干扰总线时序，先关闭总中断。然后第一步，拉低ds18b20这个引脚，持续500us；第二步，延时60us；第三步，读取存在脉冲，并且等待存在脉冲结束。
bitget18b20ack(void)//复位总线，获取存在脉冲，以启动一次读写操作
{
bitack;
ea=0;//禁止总中断
io_18b20=0;//产生500us复位脉冲
delayx10us(50);
io_18b20=1;
delayx10us(6);//延时60us
ack=io_18b20;//读取存在脉冲
while(!io_18b20);//等待存在脉冲结束
ea=1;//重新使能总中断
returnack;
}
很多同学对第二步不理解，时序图上明明是ds18b20等待15us到60us，为什么要延时60us呢？举个例子，妈妈在做饭，告诉你大概5分钟到10分钟饭就可以吃了，那么我们什么时候去吃，能够绝对保证吃上饭呢？很明显，10分钟以后去吃肯定可以吃上饭。同样的道理，ds18b20等待大概是15us到60us，我们要保证读到这个存在脉冲，那么60us以后去读肯定可以读到。当然，不能延时太久，太久，超过75us，就可能读不到了，为什么是75us，大家自己思考一下。
2、rom操作指令。我们学i2c总线的时候，总线上可以挂多个器件，通过不同的器件地址来访问不同的器件。同样，1-wire总线也可以挂多个器件，但是他只有一条线，如何区分不同的器件呢？
在每个ds18b20内部都有一个唯一的64位长的序列号，这个序列号值就存在ds18b20内部的rom中。开始的8位是产品类型编码(ds18b20是10h)，接着的48位是每个器件唯一的序号，最后的8位是crc校验码。ds18b20可以引出去很长的线，最长可以到几十米，测不同位置的温度。单片机可以通过和ds18b20之间的通信，获取每个传感器所采集到的温度信息，也可以同时给所有的ds18b20发送一些指令。这些指令相对来说比较复杂，而且应用很少，所以这里大家有兴趣自己查手册自己完成，我们这里只讲一条总线上只接一个器件的指令和程序。
skiprom(跳过rom)：0xcc。当总线上只有一个器件的时候，可以跳过rom，不进行rom检测。
3、ram存储器操作指令。
ram读取指令，只讲2条，其他的大家有需要可以随时去查资料。
readscratchpad(读暂存寄存器)：0xbe
这里要注意的是，我们的ds18b20的温度数据是2个字节，我们读取数据的时候，先读取到的是低字节的低位，读完了第一个字节后，再读高字节的低位，一直到两个字节全部读取完毕。
converttemperature(启动温度转换)：0x44
当我们发送一个启动温度转换的指令后，ds18b20开始进行转换。从转换开始到获取温度，ds18b20是需要时间的，而这个时间长短取决于ds18b20的精度。前边说ds18b20最高可以用12位来存储温度，但是也可以用11位，10位和9位一共四种格式。位数越高，精度越高，9位模式最低位变化1温度变化0.5度，同时转换速度也要快一些，如图5所示。
图5ds18b20温度转换时间
其中寄存器r1和r0决定了转换的位数，出场默认值就是11，也就是12位表示温度，最大的转换时间是750ms。当启动转换后，至少要再等750ms之后才能读取温度，否则读到的温度有可能是错误的值。这就是为什么很多同学读ds18b20的时候，第一次读出来的是85度，这个值要么是没有启动转换，要么是启动转换了，但还没有等待一次转换彻底完成，读到的是一个错误的数据。
4、ds18b20的位读写时序。
ds18b20的时序图不是很好理解，大家对照时序图，结合我的解释学明白。写时序图如图6所示。
图6ds18b20位写入时序
当要给ds18b20写入‘0’的时候，单片机直接将引脚拉低，持续时间大于60us小于120us就可以了。图上显示的意思是，单片机先拉低15us之后，ds18b20会在从15us到60us之间的时间来读取这一位，ds18b20最早会15us的时刻读取，典型值是30us的时刻读取，最多不会超过60us，ds18b20必然读取完毕，所以持续时间超过60us即可。
当要给ds18b20写入‘1’的时候，单片机先将这个引脚拉低，拉低时间大于1us，然后马上释放总线，即拉高引脚，并且持续时间也要大于60us。和写‘0’类似的是，ds18b20会在15到60us之间来读取这个‘1’。
可以看出来，ds18b20的时序比较严格，写的过程中最好不要有中断打断，但是在两个“位”之间的间隔，是大于1小于无穷的，那在这个时间段，我们是可以开中断来处理其他程序的。发送一个字节的数据程序如下。
voidwrite18b20(unsignedchardat)//向ds18b20写入一个字节数据
{
unsignedcharmask;
ea=0;//禁止总中断
for(mask=0x01;mask!=0;mask<<=1)//低位在先，依次移出8个bit
{
io_18b20=0;//产生2us低电平脉冲
_nop_();
_nop_();
if((mask&dat)==0)//输出该bit值
io_18b20=0;
else
io_18b20=1;
delayx10us(6);//延时60us
io_18b20=1;//拉高通信引脚
}
ea=1;//重新使能总中断
}
读时序图如图7所示。
图7 ds18b20位读取时序
当要读取ds18b20的数据的时候，我们的单片机首先要拉低这个引脚，并且至少保持1us的时间，然后释放引脚，释放完毕后要尽快读取。从拉低这个引脚到读取引脚状态，不能超过15us。大家从图7可以看出来，主机采样时间，也就是mastersamples，是在15us之内必须完成的，读取一个字节数据的程序如下。
unsignedcharread18b20(void)//从ds18b20读取一个字节数据
{
unsignedchardat;
unsignedcharmask;
ea=0;//禁止总中断
for(mask=0x01;mask!=0;mask<<=1)//低位在先，依次采集8个bit
{
io_18b20=0;//产生2us低电平脉冲
_nop_();
_nop_();
io_18b20=1;//结束低电平脉冲，等待18b20输出数据
_nop_();//延时2us
_nop_();
if(!io_18b20)//读取通信引脚上的值
dat&=~mask;
else
dat|=mask;
delayx10us(6);//再延时60us
}
ea=1;//重新使能总中断
returndat;
}
ds18b20所表示的温度值中，有小数和整数两部分。常用的带小数的数据处理方法有两种，一种是定义成浮点型直接小数整数处理，第二种是定义成整型，然后把小数和整数部分分离出来，在合适的位置点上小数点即可。我们在程序中使用的是第二种方法，下面我们就写一个程序，将我们读到的温度值显示在1602液晶上，并且保留一位小数数字。
/***********************lcd1602.c文件程序源代码*************************/
#include<reg52.h>
#definelcd1602_dbp0
sbitlcd1602_rs=p1^0;
sbitlcd1602_rw=p1^1;
sbitlcd1602_e=p1^5;
voidlcdwaitready()//等待液晶准备好
{
unsignedcharsta;
lcd1602_db=0xff;
lcd1602_rs=0;
lcd1602_rw=1;
do
{
lcd1602_e=1;
sta=lcd1602_db;//读取状态字
lcd1602_e=0;
}while(sta&0x80);//bit7等于1表示液晶正忙，重复检测直到其等于0为止
}
voidlcdwritecmd(unsignedcharcmd)//写入命令函数
{
lcdwaitready();
lcd1602_rs=0;
lcd1602_rw=0;
lcd1602_db=cmd;
lcd1602_e=1;
lcd1602_e=0;
}
voidlcdwritedat(unsignedchardat)//写入数据函数
{
lcdwaitready();
lcd1602_rs=1;
lcd1602_rw=0;
lcd1602_db=dat;
lcd1602_e=1;
lcd1602_e=0;
}
voidlcdshowstr(unsignedcharx,unsignedchary,constunsignedchar*str)//显示字符串，屏幕起始坐标(x,y)，字符串指针str
{
unsignedcharaddr;
//由输入的显示坐标计算显示ram的地址
if(y==0)
addr=0x00+x;//第一行字符地址从0x00起始
else
addr=0x40+x;//第二行字符地址从0x40起始
//由起始显示ram地址连续写入字符串
lcdwritecmd(addr|0x80);//写入起始地址
while(*str!='\0')//连续写入字符串数据，直到检测到结束符
{
lcdwritedat(*str);
str++;
}
}
voidlcdinit()//液晶初始化函数
{
lcdwritecmd(0x38);//16*2显示，5*7点阵，8位数据接口
lcdwritecmd(0x0c);//显示器开，光标关闭
lcdwritecmd(0x06);//文字不动，地址自动+1
lcdwritecmd(0x01);//清屏
}
/***********************ds18b20.c文件程序源代码*************************/
#include<reg52.h>
#include<intrins.h>
sbitio_18b20=p3^2;//ds18b20通信引脚
voiddelayx10us(unsignedchart)//软件延时函数，延时时间(t*10)us
{
do{
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
}while(--t);
}
bitget18b20ack(void)//复位总线，获取存在脉冲，以启动一次读写操作
{
bitack;
ea=0;//禁止总中断
io_18b20=0;//产生500us复位脉冲
delayx10us(50);
io_18b20=1;
delayx10us(6);//延时60us
ack=io_18b20;//读取存在脉冲
while(!io_18b20);//等待存在脉冲结束
ea=1;//重新使能总中断
returnack;
}
voidwrite18b20(unsignedchardat)//向ds18b20写入一个字节数据
{
unsignedcharmask;
ea=0;//禁止总中断
for(mask=0x01;mask!=0;mask<<=1)//低位在先，依次移出8个bit
{
io_18b20=0;//产生2us低电平脉冲
_nop_();
_nop_();
if((mask&dat)==0)//输出该bit值
io_18b20=0;
else
io_18b20=1;
delayx10us(6);//延时60us
io_18b20=1;//拉高通信引脚
}
ea=1;//重新使能总中断
}
unsignedcharread18b20(void)//从ds18b20读取一个字节数据
{
unsignedchardat;
unsignedcharmask;
ea=0;//禁止总中断
for(mask=0x01;mask!=0;mask<<=1)//低位在先，依次采集8个bit
{
io_18b20=0;//产生2us低电平脉冲
_nop_();
_nop_();
io_18b20=1;//结束低电平脉冲，等待18b20输出数据
_nop_();//延时2us
_nop_();
if(!io_18b20)//读取通信引脚上的值
dat&=~mask;
else
dat|=mask;
delayx10us(6);//再延时60us
}
ea=1;//重新使能总中断
returndat;
}
bitstart18b20()//启动一次18b20温度转换，返回值代表是否启动成功
{
bitack;
ack=get18b20ack();//执行总线复位，并获取18b20应答
if(ack==0)//如18b20正确应答，则启动一次转换
{
write18b20(0xcc);//跳过rom操作
write18b20(0x44);//启动一次温度转换
}
return~ack;//ack==0表示操作成功，所以返回值为其取反值
}
bitget18b20temp(int*temp)//读取ds18b20温度值，返回值代表是否读取成功
{
bitack;
unsignedcharlsb,msb;//16bit温度值的低字节和高字节
ack=get18b20ack();//执行总线复位，并获取18b20应答
if(ack==0)//如18b20正确应答，则读取温度值
{
write18b20(0xcc);//跳过rom操作
write18b20(0xbe);//发送读命令
lsb=read18b20();//读温度值的低字节
msb=read18b20();//读温度值的高字节
*temp=((int)msb<<8)+lsb;//合成为16bit整型数
}
return~ack;//ack==0表示操作应答，所以返回值为其取反值
}
/***********************main.c文件程序源代码*************************/
#include<reg52.h>
bitflag1s=0;//1s定时标志
unsignedchart0rh=0;//t0重载值的高字节
unsignedchart0rl=0;//t0重载值的低字节
voidconfigtimer0(unsignedintms);
unsignedcharinttostring(unsignedchar*str,intdat);
externbitstart18b20();
externbitget18b20temp(int*temp);
externvoidlcdinit();
externvoidlcdshowstr(unsignedcharx,unsignedchary,constunsignedchar*str);
voidmain()
{
bitres;
inttemp;//读取到的当前温度值
intintt,dect;//温度值的整数和小数部分
unsignedcharlen;
unsignedcharstr[12];
lcdinit();//初始化液晶
start18b20();//启动ds18b20
configtimer0(10);//t0定时10ms
ea=1;//开总中断
while(1)
{
if(flag1s)//每秒更新一次温度
{
flag1s=0;
res=get18b20temp(&temp);//读取当前温度
if(res)//读取成功时，刷新当前温度显示
{
intt=temp>>4;//分离出温度值整数部分
dect=temp&0xf;//分离出温度值小数部分
len=inttostring(str,intt);//整数部分转换为字符串
str[len++]='.';//添加小数点
dect=(dect*10)/16;//二进制的小数部分转换为1位十进制位
str[len++]=dect+'0';//十进制小数位再转换为ascii字符
while(len<6)//用空格补齐到6个字符长度
{
str[len++]='';
}
str[len]='\0';//添加字符串结束符
lcdshowstr(0,0,str);//显示到液晶屏上
}
else//读取失败时，提示错误信息
{
lcdshowstr(0,0,error!);
}
start18b20();//重新启动下一次转换
}
}
}
unsignedcharinttostring(unsignedchar*str,intdat)//整型数转换为十进制字符串，返回值为转换后的字符串长度
{
signedchari;
unsignedcharlen=0;
unsignedcharbuf[6];
if(dat<0)//如果为负数，首先取绝对值，并添加负号
{
dat=-dat;
*str++='-';
len++;
}
for(i=0;i<=4;i++)//由低到高转换为十进制位
{
buf[i]=dat%10;
dat/=10;
}
for(i=4;i>=1;i--)//查找有效数字最高位，以忽略更高位的‘0’
{
if(buf[i]!=0)
{
break;
}
}
for(;i>=0;i--)//有效数字位转换为ascii码
{
*str++=buf[i]+'0';
len++;
}
*str='\0';//添加字符串结束符
returnlen;//返回字符串长度
}
voidconfigtimer0(unsignedintms)//t0配置函数
{
unsignedlongtmp;
tmp=11059200/12;//定时器计数频率
tmp=(tmp*ms)/1000;//计算所需的计数值
tmp=65536-tmp;//计算定时器重载值
tmp=tmp+12;//修正中断响应延时造成的误差
t0rh=(unsignedchar)(tmp>>8);//定时器重载值拆分为高低字节
t0rl=(unsignedchar)tmp;
tmod&=0xf0;//清零t0的控制位
tmod|=0x01;//配置t0为模式1
th0=t0rh;//加载t0重载值
tl0=t0rl;
et0=1;//使能t0中断
tr0=1;//启动t0
}
voidinterrupttimer0()interrupt1//t0中断服务函数
{
staticunsignedchartmr1s=0;
th0=t0rh;//定时器重新加载重载值
tl0=t0rl;
tmr1s++;
if(tmr1s>=100)//定时1s
{
tmr1s=0;
flag1s=1;
}