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，在嵌入式領域佔有一席之地。在工業現場，經常有監測環境溫度的需求，本方案應用DS18B20爲溫度採集芯片，與英創嵌入式主板的GPIO相連，就可以組成完整的測溫系統。由於DS18B20每條總線上可以最多接8個測溫點，那麼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，測量溫度範圍在-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；並且內部有溫度上、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：
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序號 |
名稱 |
引腳功能描述 |
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1 |
GND |
地信號 |
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2 |
DQ |
數據輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳
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3 |
VDD |
可選的VDD引腳。當工作於寄生電源時，此引腳必須接地 |
DS18B20的使用方法
由於DS18B20採用的是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，硬件上並不支持單總線協議，因此，我們必須採用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並起。
由於DS18B20是在一根I/O線上讀寫數據，因此，對讀寫的數據位有着嚴格的時序要求。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爲主設備，單總線器件作爲從設備。每一次命令和數據的傳輸都是從主機主動啓動寫時序開始，如果要求單總線器件送回數據，在進行寫命令後，主機需要啓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，如果爲低，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，包括兩個寫週期間至少1us的恢復時間。
I/O線電平變低後，DS18B20在一個15us到60us的窗口內對I/O線採樣。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之間採用
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後15us內有效。對於DS18B20的讀時隙是從主機把總線拉低之後，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); // 讀取數據週期至少60us
OutBit(1) ;
}
return(u);
}
在讀溫度之前，要先啓動溫度轉換，如果採用寄生電源供電，溫度轉換的時間應該大於500毫秒。對於一條總線的多個18B20來說，啓動轉換不需要匹配18B20的ROM地址。
void DS18B20::StartConvert()
{
Init18b20 ();
WriteByte(0xcc); // 跳過ROM
WriteByte(0x44); // 啓動轉換命令
}
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個字節爲溫度值
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
}
源程序請參考光盤源碼。