摘要：详细介绍单总线温度传感器DSl8B20的工作原理、通信协议和使用方法；给出测温程序流程，以及DSl8B20在Proteus中硬件仿真的具体实现方法，并对该仿真结果与实验结果进行了比较。
引言
目前，微机与外设之间进行数据的串行总线主要有I2C总线、SPI总线和SCI总线。其中，I2C总线以同步串行2线方式进行通信(1条时钟线和1条数据线)，SPI总线以同步串行3线方式进行通信(1条时钟线、1条数据输入线和1条数据输出线)，而SCI总线则是以异步方式进行通信的(1条数据输入线和1条数据输出线)。这些总线至少需要2条信号线及地线。Dallas公司推出的单总线技术用单根信号线及地线，既传输时钟又传输数据，而且数据的传输时双向的，具有线路简单、硬件开销少、成本低、便于总线扩展和维护等优点。
DSl8B20是典型的单总线数字式温度传感器，工作电压为3～5V，测量温度范围为-55～+125℃，可根据实际需要通过软件设置选择9～12位分辨率；用户设置的报警温度存储在芯片内部EEPROM中，可掉电保持；每个芯片都有全球唯一的编码，用户可以通过其特有的序列号查询其温度，因此理论上一条总线上可连接无数个该测温元件。单总线通常要求外接一个约4．7 kΩ的上拉电阻，保证总线闲置时其状态为高电平。
1 PrOteus中DSl8B20仿真图的设计
1．1 Proteus简介
Proteus是英国Labcenter Electronics公司研发的EDA工具软件。它是能进行模拟电路、数字电路、模／数混合电路、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD、LED系统的设计与仿真的平台。Proteus具备原理图设计、电路分析与仿真、PCB设计功能，可以通过调入程序的编译结果．hex或．cof文件来调试单片机程序，还可直接嵌入到Microchip公司的单片机调试软件MPLABIDE中，进行程序的调试和仿真。
Proteus的特色是能实现单片机与外设的混合电路系统、软件系统的设计和仿真。在仿真过程中，用户可以用鼠标单击开关、键盘、电位计、可调电阻等外设设备，使单片机系统根据输入信号做出相应的响应，并将响应处理结果根据所编制的软件在LCD、LED等显示器件上显示，整个过程与硬件仿真器调试过程相似。因此，在缺乏硬件的情况下，这是款非常实用的仿真软件，其仿真的原理图经验证后可直接应用到现实中。Proteus还提供虚拟示波器、逻辑分析仪、信号发生器和I2C、SPI调试器等多种虚拟终端，方便用户仿真调试。
1．2 DSl8B20仿真的实现
目前，国内采用单片机作控制系统中的微处理器时多选择．PIC、51系列或Freescale系列单片机。PIC单片机具有外围电路简单、功耗低、外围资源丰富等优点。本系统选用PIC系列单片机PICl6F877A作为控制芯片。
Proteus仿真图设计的第一步就是拾取仿真所需要的元器件，单击图1所示界面预览窗口下面的P按钮，弹出Pick Devices(元器件拾取)对话框。然后，在Keywords文本框内分别输入DSl8820、LM041L(4行×16字符型LCD)、PICl6F877A、RES(电阻)。在检索出来的结果中，选中所要的元器件并双击，该元器件就会出现在左侧预览窗口中。
元器件拾取完毕后，关闭Pick Devices窗口回到主设计页面。在左侧预览窗口中，选中元器件放置到合适的位置。然后，在最左侧选中图标(terminals mode)，分别选中POWER(电源)和GROUND(地)，放置在合适的位置，并进行连接。欲改变元器件的参数，双击该元器件，然后在出现的属性框中直接修改即可。本文所设计的由12个DSl8B20组成的测温网络如图2所示。
2 单总线器件DSl8B20的使用
2．1 DSl8B20的工作原理
在该测温系统中，单片机PICl6F877A作为主机，DSl8B20温度传感器作为从机。由于DSl8B20采用的是主从结构，只有主机呼叫从机时，从机才能应答。因此，访问器件时必须严格遵循单总线命令序列，以及初始化、ROM、命令功能的命令。如果序列混乱，则器件不响应主机。从机主机和从机之间的通信通过3个步骤完成：初始化器件；识别器件；交换数据。
单总线器件采用严格的通信协议来保证数据的完整性。通信协议包括：复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读O和读1。所有这些信号都是以先低位、后高位的方式发送的。
(1)复位脉冲和应答脉冲
复位脉冲和应答脉冲即为初始化过程，所有的通信都是以初始化开始的。首先主机要拉低总线至少480μs，接着释放总线并持续15～60μs，然后进入接收状态，检测总线DQ的电平。若DQ为低电平，则表示从机已就绪，可以发送ROM命令。由于C语言简洁紧凑、灵活方便且可
移植性好，因此本文程序采用C语言来完成。相应的初始化程序如下：
其中，变量dq用来判断DSl8B20是否有返回的存在脉冲，为O即有返回脉冲，表明复位成功，可跳出循环；DQ表示总线的电平，当总线为高电平时DQ为1，否则为0；DQ_IO用来表示DQ所连的单片机I／O口的状态，若该I／O口对单片机是作为输入使用则DQ_IO为1，作为输出使用则DQ_IO为O。
(2)写操作时序
无论是命令还是数据，所有的写操作都是以字节为单位的，全部以先低位、后高位的方式传输的。位写入过程是这样的：主机将总线拉低15μs，然后根据要发的那位数据的电平来决定接下来总线的电平。若数据待发位为低电平，则主机须将DQ置为低电平并保持1 5～45μs；若数据待发位为高电平，则主机需将DQ置为高电平且保持15～45μs。发送1位数据的时间(从总线拉低开始到发送结束)必须控制在60～20μ s。
位与位之间要有一个大于1μs的高电平时间间隙隔开。一个字节的数据写入结束后需要将总线释放，以确保之后操作的正确进行。
(3)读操作时序
所有数据的读取是以字节为单位，以先低位、后高位的方式进行传输的。位读取的过程如下：首先需要主机将总线拉低1～15μs，然后释放总线，对总线的电平进行判断。若总线为低电平，说明带读取数据位为0；若总线为高电平，则表明带读取数据位为1。读取1位数据的时间(从总线拉低开始到将总线置高准备下一位数据)必须大于60 μs。同样，位与位之间须有一个大于1 μs的高电平时间间隙隔开。一个字节的数据读取结束后需要将总线释放，以确保操作的正确进行。由于DSl8B20的温度采用9～12位的分辨率，因此一个温度数据需要读取2字节的温度数据。2字节的数据读取结束后将总线释放，以便接下来数据的正确传输。
2．2 读温度主要使用的命令
读温度主要使用的命令如表1所列。
3 测温的实现及在PrOteus中的仿真
3．1 测温的实现
整个读取温度步骤具体如下：
