下面開始技術(shù)部分。
第一部分：DS18B20的封裝和管腳定義
首先，我們來(lái)認(rèn)識(shí)一下DS18B20這款芯片的外觀和針腳定義，DS18B20芯片的常見(jiàn)封裝為TO-92，也就是普通直插三極管的樣子，當(dāng)然也可以找到以SO（DS18B20Z）和μSOP（DS18B20U）形式封裝的產(chǎn)品，下面為DS18B20各種封裝的圖示及引腳圖。
了解了這些該芯片的封裝形式，下面就要說(shuō)到各個(gè)管腳的定義了，如下表即為該芯片的管腳定義：
上面的表中提到了一個(gè)“奇怪”的詞——“寄生電源”，那我有必要說(shuō)明一下了，DS18B20芯片可以工作在“寄生電源模式”下，該模式允許DS18B20工作在無(wú)外部電源狀態(tài)，當(dāng)總線為高電平時(shí)，寄生電源由單總線通過(guò)VDD引腳，此時(shí)DS18B20可以從總線“竊取”能量，并將“偷來(lái)”的能量?jī)?chǔ)存到寄生電源儲(chǔ)能電容（Cpp）中，當(dāng)總線為低電平時(shí)釋放能量供給器件工作使用。所以，當(dāng)DS18B20工作在寄生電源模式時(shí)，VDD引腳必須接地。
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第二部分：DS18B20的多種電路連接方式
如下面的兩張圖片所示，分別為外部供電模式下單只和多只DS18B20測(cè)溫系統(tǒng)的典型電路連接圖。
（1）外部供電模式下的單只DS18B20芯片的連接圖
（2）外部供電模式下的多只DS18B20芯片的連接圖
這里需要說(shuō)明的是，DS18B20芯片通過(guò)達(dá)拉斯公司的單總線協(xié)議依靠一個(gè)單線端口通訊，當(dāng)全部器件經(jīng)由一個(gè)三態(tài)端口或者漏極開路端口與總線連接時(shí)，控制線需要連接一個(gè)弱上拉電阻。在多只DS18B20連接時(shí)，每個(gè)DS18B20都擁有一個(gè)全球唯一的64位序列號(hào)，在這個(gè)總線系統(tǒng)中，微處理器依靠每個(gè)器件獨(dú)有的64位片序列號(hào)辨認(rèn)總線上的器件和記錄總線上的器件地址，從而允許多只DS18B20同時(shí)連接在一條單線總線上，因此，可以很輕松地利用一個(gè)微處理器去控制很多分布在不同區(qū)域的DS18B20，這一特性在環(huán)境控制、探測(cè)建筑物、儀器等溫度以及過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制等方面都非常有用。
對(duì)于DS18B20的電路連接，除了上面所說(shuō)的傳統(tǒng)的外部電源供電時(shí)的電路連接圖，DS18B20也可以工作在“寄生電源模式”，而下圖則表示了DS18B20工作在“寄生電源模式”下的電路連接圖。沒(méi)錯(cuò)，這樣就可以使DS18B20工作在寄生電源模式下了，不用額外的電源就可以實(shí)時(shí)采集到位于多個(gè)地點(diǎn)的溫度信息了。
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第三部分：DS18B20內(nèi)部寄存器解析及工作原理
介紹完DS18B20的封裝、針腳定義和連接方式后，我們有必要了解DS18B20芯片的各個(gè)控制器、存儲(chǔ)器的相關(guān)知識(shí)，如下圖所示，為DS18B20內(nèi)部主要寄存器的結(jié)果框圖。
結(jié)合圖中的內(nèi)部寄存器框圖，我們先簡(jiǎn)單說(shuō)一下DS18B20芯片的主要寄存器工作流程，而在對(duì)DS18B20工作原理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明前，有必要先上幾張相關(guān)圖片：
（1）DS18B20內(nèi)部寄存器結(jié)構(gòu)圖
（2）DS18B20主要寄存器數(shù)據(jù)格式圖示
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（3）DS18B20通訊指令圖
了解了這些內(nèi)部結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)，下面說(shuō)一下DS18B20芯片的工作原理。
DS18B20啟動(dòng)后將進(jìn)入低功耗等待狀態(tài)，當(dāng)需要執(zhí)行溫度測(cè)量和AD轉(zhuǎn)換時(shí)，總線控制器（多為單片機(jī)）發(fā)出[44H]指令完成溫度測(cè)量和AD轉(zhuǎn)換（其他功能指令見(jiàn)上面的指令表），DS18B20將產(chǎn)生的溫度數(shù)據(jù)以兩個(gè)字節(jié)的形式存儲(chǔ)到高速暫存器的溫度寄存器中，然后，DS18B20繼續(xù)保持等待狀態(tài)。當(dāng)DS18B20芯片由外部電源供電時(shí)，總線控制器在溫度轉(zhuǎn)換指令之后發(fā)起“讀時(shí)隙”（詳見(jiàn)本文的“DS18B20時(shí)隙圖”），從而讀出測(cè)量到的溫度數(shù)據(jù)通過(guò)總線完成與單片機(jī)的數(shù)據(jù)通訊（DS18B20正在溫度轉(zhuǎn)換中由DQ引腳返回0，轉(zhuǎn)換結(jié)束則返回1。如果DS18B20由寄生電源供電，除非在進(jìn)入溫度轉(zhuǎn)換時(shí)總線被一個(gè)強(qiáng)上拉拉高，否則將不會(huì)有返回值）。另外，DS18B20在完成一次溫度轉(zhuǎn)換后，會(huì)將溫度值與存儲(chǔ)在TH（高溫觸發(fā)器）和TL（低溫觸發(fā)器）中各一個(gè)字節(jié)的用戶自定義的報(bào)警預(yù)置值進(jìn)行比較，寄存器中的S標(biāo)志位（詳見(jiàn)寄存器格式圖示中的“TH和TL寄存器格式”圖示）指出溫度值的正負(fù)（S=0時(shí)為正，S=1時(shí)為負(fù)），如果測(cè)得的溫度高于TH或者低于TL數(shù)值，報(bào)警條件成立，DS18B20內(nèi)部將對(duì)一個(gè)報(bào)警標(biāo)識(shí)置位，此時(shí)，總線控制器通過(guò)發(fā)出報(bào)警搜索命令[ECH]檢測(cè)總線上所有的DS18B20報(bào)警標(biāo)識(shí)，然后，對(duì)報(bào)警標(biāo)識(shí)置位的DS18B20將響應(yīng)這條搜索命令。
第四部分：針對(duì)DS18B20的單片機(jī)編程
針對(duì)DS18B20的編程，可以理解為總線控制器通過(guò)相關(guān)指令操作器件或者器件中的相應(yīng)寄存器，從而完成器件也總線控制器的數(shù)據(jù)通信，所以要真正搞定DS18B20的通訊編程，還需要詳細(xì)的了解該芯片的各種寄存器結(jié)構(gòu)、寄存器數(shù)據(jù)格式和相關(guān)的指令系統(tǒng)，下面我們就結(jié)合上面圖示，說(shuō)說(shuō)DS18B20的內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。
DS18B20的每個(gè)暫存器都有8bit存儲(chǔ)空間，用來(lái)存儲(chǔ)相應(yīng)數(shù)據(jù)，其中位0和位1分別為溫度數(shù)據(jù)的低位和高位，用來(lái)儲(chǔ)存測(cè)量到的溫度值，且這兩個(gè)字節(jié)都是只讀的；位2和位3為TH、TL告警觸發(fā)值的拷貝，可以在從片內(nèi)的電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器EEPROM中讀出，也可以通過(guò)總線控制器發(fā)出的[48H]指令將暫存器中TH、TL的值寫入到EEPROM，掉電后EEPROM中的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失；位4的配置寄存器用來(lái)配置溫度轉(zhuǎn)換的精確度（最大為12位精度）；位5、6、7為保留位，禁止寫入；位8亦為只讀存儲(chǔ)器，用來(lái)存儲(chǔ)以上8字節(jié)的CRC校驗(yàn)碼。
參考上面的DS18B20通訊指令圖，即為DS18B20芯片中主要寄存器的數(shù)據(jù)格式和必要的個(gè)別標(biāo)識(shí)位說(shuō)明，只要做到對(duì)寄存器數(shù)據(jù)精準(zhǔn)的控制，就可以很容易的完成DS18B20的程序編寫，而對(duì)于總線控制器發(fā)出的控制指令，我們需要知道，DS18B20的指令包括ROM指令和功能指令，其中ROM指令用來(lái)進(jìn)行ROM的操作，而功能指令則可以控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換，寄存器操作等功能性工作。一旦總線控制器檢測(cè)到一個(gè)存在脈沖，它就會(huì)發(fā)出一條ROM指令，如果總線上掛載多只DS18B20，這些指令將利用器件獨(dú)有的64位ROM片序列碼選出特定的要進(jìn)行操作的器件，同樣，這些指令也可以識(shí)別哪些器件符合報(bào)警條件等。在總線控制器發(fā)給要連接的DS18B20一條ROM指令后，就可以發(fā)送一條功能指令完成相關(guān)的工作了，也就是說(shuō)，總線控制器在發(fā)起一條DS18B20功能指令前，需要首先發(fā)出一條ROM指令。了解了這些功能指令的功能和用法，再對(duì)DS18B20編程就容易多了！~
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第五部分：DS18B20芯片的兩點(diǎn)使用心得
（1）對(duì)TH（高溫觸發(fā)寄存器）和TL（低溫觸發(fā)寄存器）的操作心得
針對(duì)于DS18B20中TH（高溫觸發(fā)寄存器）和TL（低溫觸發(fā)寄存器），可以找到的代碼資料很少，而如果在某一測(cè)溫系統(tǒng)中需要用到TH和TL寄存器時(shí)，其實(shí)不必覺(jué)得無(wú)從下手，參見(jiàn)本帖中的“DS18B20寄存器結(jié)構(gòu)”，總線控制器的讀操作將從位0開始逐步向下讀取數(shù)據(jù)，直到讀完位8，而且TH和TL寄存器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)格式和片內(nèi)其他寄存器是相同的，當(dāng)然，針對(duì)TH和TL寄存器的讀寫和其他片內(nèi)寄存器的讀寫也是相同的，所以在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)DS18B20初始化完成后，首先通過(guò)總線控制器發(fā)出的[B8H]指令將EEPROM中保存的數(shù)據(jù)召回到暫存器的TH和TL中，然后通過(guò)總線控制器發(fā)出的“讀時(shí)隙”對(duì)器件暫存器進(jìn)行讀操作，只要將讀到的每8bit數(shù)據(jù)及時(shí)獲取，就可以很容易地通過(guò)總線控制器讀出TH和TL寄存器數(shù)據(jù)；總線控制器對(duì)器件的寫操作原理亦然，換句話說(shuō)，只要掌握了其他寄存器的操作編程，就完全可以很容易地對(duì)TH和TL這兩個(gè)報(bào)警值寄存器進(jìn)行讀寫操作。同時(shí)，可以通過(guò)[48H]指令將TH和TL寄存器數(shù)據(jù)拷貝到EEPROM中進(jìn)行保存。
（2）對(duì)DS18B20通訊時(shí)隙的掌握心得
在由DS18B20芯片構(gòu)建的溫度檢測(cè)系統(tǒng)中，采用達(dá)拉斯公司獨(dú)特的單總線數(shù)據(jù)通訊方式，允許在一條總線上掛載多個(gè)DS18B20，那么，在對(duì)DS18B20的操作和控制中，由總線控制器發(fā)出的時(shí)隙信號(hào)就顯得尤為重要。如下圖所示，分別為DS18B20芯片的上電初始化時(shí)隙、總線控制器從DS18B20讀取數(shù)據(jù)時(shí)隙、總線控制器向DS18B20寫入數(shù)據(jù)時(shí)隙的示意圖，在系統(tǒng)編程時(shí)，一定要嚴(yán)格參照時(shí)隙圖中的時(shí)間數(shù)據(jù)，做到精確的把握總線電平隨時(shí)間（微秒級(jí)）的變化，才能夠順利地控制和操作DS18B20。另外，需要注意到不同單片機(jī)的機(jī)器周期是不盡相同的，所以，程序中的延時(shí)函數(shù)并不是完全一樣，要根據(jù)單片機(jī)不同的機(jī)器周期有所改動(dòng)。在平常的DS18B20程序調(diào)試中，若發(fā)現(xiàn)諸如溫度顯示錯(cuò)誤等故障，基本上都是由于時(shí)隙的誤差較大甚至?xí)r隙錯(cuò)誤導(dǎo)致的，在對(duì)DS18B20編程時(shí)需要格外注意。
上電初始化時(shí)隙圖
數(shù)據(jù)讀取時(shí)通訊總線的時(shí)隙圖
數(shù)據(jù)寫入時(shí)通訊總線的時(shí)隙圖
相關(guān)閱讀：
一種高精度測(cè)溫裝置的設(shè)計(jì)
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基于熱釋電傳感器p7187的人體測(cè)溫儀的設(shè)計(jì)
http://www.yonglehk.com/sensor-art/80000246
