一、一线协议（1-Wire/W1）

工作原理：一线协议是一种通信协议，它通过一根数据线进行通信，主机和从机在一条总线上可以挂多个器件。 一线协议没有相应的时钟线，所以是异步通信。只有一根总线，所以是串行传输数据。这根总线既可以传输时钟又可以传输数据。

  • 为什么是异步通信：因为没有时钟线
  • 一线协议为什么是串行：只有一根总线，所以是串行传输数据。
  • 为什么是半双工通信：这根总线既可以传输时钟又可以传输数据，可以双向传输，但是要分时，所以是半双工通信。
  • 为什么是电平信号：有参考电平线(GND),所以是电平信号。

二、DS18B20模块

1.DS18B20简介

  • DS18B20是常用的数字温度传感器，其输出的是数字信号，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。 [1]DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874
  • 主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。


一线协议之DS18B20工作原理及工作步骤_物联网

一线协议之DS18B20工作原理及工作步骤_硬件工程_02


  • 每个DS18B20都有唯一确定的64位产品序列号在它芯片的ROM中。

2.DS18B20的工作原理

1.DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。

一线协议之DS18B20工作原理及工作步骤_嵌入式硬件_03

2.DS18B20测温原理如图3所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号发送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。

3.DS18B20的引脚及原理图

一线协议之DS18B20工作原理及工作步骤_物联网_04

一线协议之DS18B20工作原理及工作步骤_嵌入式硬件_05

三、DS18B20的工作步骤

1.初始化DS18B20

– 任何器件想要使用，首先就是需要初始化，对于DS18B20单总线设备，首先初始化单总线为高电平，然后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。

– 初始化具体时序步骤如下:

1.单片机拉低总线至少480us，产生复位脉冲，然后释放总线（拉高电平）。

2.这时DS8B20检测到请求之后，会拉低信号，大约60~240us表示应答。

3.DS8B20拉低电平的60~240us之间，单片机读取总线的电平，如果是低电平，那么表示初始化成功。

4.DS18B20拉低电平60~240us之后，会释放总线。

一线协议之DS18B20工作原理及工作步骤_嵌入式硬件_06

2.执行ROM指令

  • 执行ROM指令：也就是访问每个DS18B20，搜索64位序列号，读取匹配的序列号值，然后匹配对应的DS18B20，如果我们仅仅使用单个DS18B20，可以直接跳过ROM指令。而跳过ROM指令的字节是0xCC。
  • (1)写时序：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。每次只传输1位数据。
    – 1.单片机想要给DS18B20写入一个0时，需要将单片机引脚拉低，保持低电平时间要在60~120us之间，然后释放总线；
    – 2.单片机想要给DS18B20写入一个1时，需要将单片机引脚拉低，拉低时间需要大于1us，然后在15us内拉高总线。
    – 3.在写时序起始后15μs到60μs期间，DS18B20处于采样单总线电平状态。如果在此期间总线为高电平，则向DS18B20写入1;如果总线为低电平，则向DSl8B20写入0。
    注意：2次写周期之间至少间隔1us
  • (2)读时序：读时序由主机拉低总线电平至少1μs然后再释放总线，读取DS18B20发送过来的1或者0，DS18B20在检测到总线被拉低1微秒后，便开始送出数据，若是要送出0就把总线拉为低电平直到读周期结束。若要送出1则释放总线为高电平。
  • 读时序时是先读低字节，在读高字节，也就是先读取高速暂存器的第0个字节(温度的低8位)，在读取高速暂存器的第1个字节(温度的高8位) 我们正常使用DS18B20读取温度读取两个温度字节即可。

    注意：
    – 1.所有读时隙必须至少需要60us，且在两次独立的时隙之间至少需要1ps的恢复时间。
    – 2.主机只有在发送读暂存器命令(0xBE)或读电源类型命令(0xB4)后，立即生成读时隙指令，DS18B20才能向主机传送数据。 也就是先发读取指令，再发送读时隙。
    – 最后一点： 写时序注意是先写命令的低字节，比如写入跳过ROM指令0xCC(11001100),写的顺序是“00110011”。

3.DS18B20的写入的功能命令：

1.ROM指令：

– 采用多个DS18B20时，需要写ROM指令来控制总线上的某个DS18B20。

– 如果是单个DS18B20,直接写跳过ROM指令0xCC即可。

一线协议之DS18B20工作原理及工作步骤_硬件工程_07

2.RAM指令

  • DS18B20的一些功能指令，常用的是：
    – 温度转换 0x44：开启温度读取转换，读取好的温度会存储在高速暂存器的第0个和第一个字节中；
    – 读取温度 0xBE：读取高速暂存器存储的数据。