DS18B20-Reset-1-基礎知識篇

本篇是介紹DS18B20之基本狀態，如高低電位判定值、上拉電阻及"0與1"狀態介紹。

認識DS18B20的0與1-電壓閥值

首先，要知道Datasheet page2的電子參數：高低電位閥值的部份，其中輸入電壓(Supply Voltage)為DC +3.0-+5.5V之間，而在外接電源的狀態時，高電位閥值(VIH)為2.2V，意謂著只要電壓高於2.2V時，DS18B20會將其視為"1"。而低電位閥值(VIL)為0.8V，意謂著低於0.8V時，DS18B20視為"0"。

必要元件：上拉電阻(Pull-up resistor)的效用

Datasheet中p7，顯示了使用DS18B20要加裝一個必要的上拉電阻，才能有作用喲！
簡單的說：上拉電阻可視為天花板裝了一個彈簧，意謂著當無外力作用時，它能讓你維持於離地三尺的狀態，而就DS18B20而言，就代表著它位於高電位的狀態。
電阻值的選擇：一般是於1~10K中皆可，DS建議是5K，故使用4.7K為宜，而模塊多以10K，也行，只要你的電阻安裝上去後，量測電壓要能高於2.2V既可（太大會近於沒接，太小等同於短路）。

Arduino與DS18B20的硬體連接及狀態

 外部連接電路增加上拉電阻沒問題後，我們進一步看看到底Arduino與DS18B20的連接與讀取的機構為何？

DS18B20的硬體接線架構 

在Datasheet中第10頁的圖中，可以看到其連接機構圖，而將其簡化為右圖，可以幫助明白其作用關係。它代表著，連接通電時，因為上拉電阻的作用，會處於高電位（狀態為"1")，而DS18B20只要按下NMOS開關（接地），就會讓狀態變為"0"，反之，Arduino按下NMOS開關（接地）DS18B20就會感應到低電位，狀態為"0"，日常生活中，上下樓層間的雙切開關就是這個概念，任何一方皆可控制燈的ON/OFF。
在這個作用圖中，有一個電子元件NMOS（N通道MOS），我們於下方簡略的說明其作用。

N通道MOS就是道路收費站

 NMOS的專有名稱為「金氧半場效電晶體」，是常用的電子元件，但簡單的來說，它就是個電晶體，等同於你每天在用的電源開關、水龍頭的概念 （按下開關，通電，打開水龍頭，來水）。如下圖所示：NMOS有三極，源極（S-Sourse)、汲極（D-Drain）及閘極（G-Gate），如同下圖的右上方，可將其視為一個單行道升降橋，重點是升降的部份，既為Gate，當NMOS按下時，等同於升降段下降至橋面水平，既可通車。
再生活化一點，就是開貨車過收費站時，要給足夠的過路費（閥值電壓）讓控制人員按下開關，接通橋面，貨車才能通過。

Arduino與DS18B20的五種狀態 ：待機、0與1

了解上述的基本知識後，底下圖示就是將Arduino與DS18B20連接的五種情況列出：
1、一般狀態（Idle State）：雙方不動作時，皆可讀到高電位的狀態

2、Arduino處於接收訊息的狀態，DS18B20按下NMOS開關，接通線路接地，Arduino會接收到低電位的狀態訊息，代表為"0"

3、Arduino處於接收訊息的狀態，DS18B20不動作（NMOS開關自動升起），線路會因上拉電阻作用拉回高電位，Arduino會接收到高電位的狀態訊息，代表為"1"

4、Arduino發出"0"的訊息：DS18B20處於接收的狀態下（RX-Receive），而Arduino為發送（TX-Transmit)狀態，Arduino按下NMOS，導通線路接地，代表著"0"的狀態。
     程式碼的寫法如下：
       pinMode(DQ_Pin, OUTPUT);    //Tx階段
      digitalWrite(DQ_Pin, LOW);       //接低電位

5、Arduino發出"1"的訊息：DS18B20處於接收的狀態下（RX-Receive），而Arduino為發送（TX-Transmit)狀態，Arduino接高電位，電路於上接電阻（彈簧）的作用下，自動回歸高電位，代表著"1"的狀態。程式碼如下：
     pinMode(DQ_Pin, OUTPUT);    //將DQ_Pin調整為輸出狀態，自動會回歸HIGH電位

小結

透過上面的介紹，我們知曉了DS18B20的如何透過電位閥值來判定"0"與"1"的狀態，以及Arduino與DS18B20之間如何透過「上拉電阻」的設置與「N通道MOS」的元件來實現雙方狀態訊息（"0"與"1"）的讀取。

狀態了解了，下一步就是學習如何透過時序來交換訊息