DS18B20温度测量实验（可测量正负温度）

DS18B20是一种非常流行的数字温度传感器，由Dallas Semiconductor（现Maxim Integrated）制造。这个传感器能够提供高精度的温度测量，并且可以直接通过单总线（One-Wire）接口与微控制器如ATMEGA16进行通信，极大地简化了硬件设计。在这个实验中，我们将深入探讨DS18B20的工作原理、与ATMEGA16的连接方式以及如何进行温度测量。 **DS18B20工作原理：** DS18B20的核心是一个内置的带隙基准和模拟电路，用于将温度转换为数字信号。传感器内部有一个能测量-55°C到+125°C范围的热敏电阻，通过检测电阻的变化来确定温度。它具有9至12位的可编程分辨率，允许用户在精度和响应速度之间做出选择。默认情况下，分辨率设置为9位，提供±0.5°C的精度。 **单总线通信：** DS18B20采用独特的单总线协议，只需要一根数据线即可实现双向通信，大大节省了硬件资源。单总线通信由微控制器驱动，通过拉低数据线并释放来发送时钟脉冲，而DS18B20则在数据线被拉高时改变其状态以发送数据。这种通信方式使得一个总线上可以连接多个DS18B20传感器，每个传感器都有唯一的64位序列号以区分。 **与ATMEGA16的连接：** 在与ATMEGA16连接时，DS18B20的数据线通常连接到单片机的某个输入/输出端口，比如PD2。为了实现单总线通信，我们需要在该端口上设置上拉电阻（一般为4.7kΩ），并且需要在软件层面模拟单总线协议的时序。 **软件实现：** 在ATMEGA16上，我们通常使用中断驱动的单总线协议库，例如“ Dallas OneWire”库，以处理复杂的通信细节。库函数包括初始化、搜索设备、读写寄存器等。DS18B20的测量过程包括启动转换命令、等待转换完成、然后读取温度数据。温度数据以二进制格式返回，需要转换为摄氏度或华氏度。 **温度测量：** DS18B20内部有两个寄存器存储温度值：高字节和低字节。读取这两个字节后，可以通过计算公式转换为实际温度： ``` temperature = (high_byte << 8) | low_byte if high_byte & 0x80: # 判断符号位 temperature = -temperature temperature = temperature / 16.0 # 将16位二进制转换为十进制，单位为分度 ``` 这里，温度以分度表示，正温度不需要转换，负温度需要取反。注意，对于更高精度的设置，可能需要额外的位进行转换。 总结来说，DS18B20温度传感器结合ATMEGA16单片机可以创建一个简单而精确的温度监测系统。通过理解DS18B20的工作原理、单总线通信机制，以及如何在ATMEGA16上编程实现这些功能，我们可以构建出能够测量正负温度的实用应用。实验资料中的详细步骤和代码示例将进一步指导实践操作。