單片機練習(xí)

最近都在學(xué)習(xí)和寫單片機的程序, 今天有空又模仿DS18B20溫度測量顯示實驗寫了一個與DS18B20基于單總線通信的程序.

DS18B20 數(shù)字溫度傳感器(參考:智能溫度傳感器DS18B20的原理與應(yīng)用)是DALLAS 公司生產(chǎn)的1－Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計。DS18B20 產(chǎn)品的特點:
（1）、只要求一個I/O 口即可實現(xiàn)通信。
（2）、在DS18B20 中的每個器件上都有獨一無二的序列號。
（3）、實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。
（4）、測量溫度范圍在－55 到＋125℃之間; 在-10 ~ +85℃范圍內(nèi)誤差為±5℃;
（5）、數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9 位到12 位選擇。將12位的溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量所需時間不超過750ms;
（6）、內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。

DS18B20引腳分布圖

DS18B20 詳細引腳功能描述:
1、GND 地信號；
2、DQ數(shù)據(jù)輸入出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用在寄生電源下，此引腳可以向器件提供電源；漏極開路, 常太下高電平. 通常要求外接一個約5kΩ的上拉電阻.
3、VDD可選擇的VDD 引腳。電壓范圍:3~5.5V; 當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。

DS18B20存儲器結(jié)構(gòu)圖

暫存儲器的頭兩個字節(jié)為測得溫度信息的低位和高位字節(jié);
第3, 4字節(jié)是TH和TL的易失性拷貝, 在每次電復(fù)位時都會被刷新;
第5字節(jié)是配置寄存器的易失性拷貝, 同樣在電復(fù)位時被刷新;
第9字節(jié)是前面8個字節(jié)的CRC檢驗值.

配置寄存器的命令內(nèi)容如下:

0R1R011111

MSB LSB
R0和R1是溫度值分辨率位, 按下表進行配置.默認出廠設(shè)置是R1R0 = 11, 即12位.

溫度值分辨率配置表

R1R0分辨率最大轉(zhuǎn)換時間(ms)009bit93.75(tconv/8)0110bit183.50(tconv/4)1011bit375(tconv/2)1112bit750 (tconv)

4種分辨率對應(yīng)的溫度分辨率為0.5℃, 0.25℃, 0.125℃, 0.0625℃(即最低一位代表的溫度值)

12位分辨率時的兩個溫度字節(jié)的具體格式如下:
低字節(jié):

2^32^22^12^02^-12^-22^-32^-4

高字節(jié):

SSSSS2^62^52^4

其中高字節(jié)前5位都是符號位S, 若分辨率低于12位時, 相應(yīng)地使最低為0, 如: 當(dāng)分辨率為10位時, 低字節(jié)為:

2^32^22^12^02^-12^-200

, 高字節(jié)不變....

一些溫度與轉(zhuǎn)換后輸出的數(shù)字參照如下:

溫度數(shù)字輸出換成16進制+125℃00000111 1101000007D0H+85℃00000101 010100000550H+25.0625℃00000001 100100010191H+10.125℃00000000 1010001000A2H+0.5℃00000000 000010000008H0℃00000000 000000000000H-0.5℃11111111 11111000FFF8H-10.125℃11111111 01011110FFE5H-25.0625℃11111110 01101111FF6FH-55℃11111100 10010000FC90H

由上表可看出, 當(dāng)輸出是負溫度時, 使用補碼表示, 方便計算機運算(若是用C語言, 直接將結(jié)果賦值給一個int變量即可).

DS18B20 的使用方法:
由于DS18B20 采用的是1－Wire 總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對單片機來說，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。
由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。
DS18B20有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。
該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序(dsInit()實現(xiàn))、讀時序(readByte())、寫時序(writeByte())。
所有時序都是將主機作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。

DS18B20與單片機連接電路圖:


利用軟件模擬DS18B20的單線協(xié)議和命令:主機操作DS18B20必須遵循下面的順序
1. 初始化
單線總線上的所有操作都是從初始化開始的. 過程如下:
1)請求: 主機通過拉低單線480us以上, 產(chǎn)生復(fù)位脈沖, 然后釋放該線, 進入Rx接收模式. 主機釋放總線時, 會產(chǎn)生一個上升沿脈沖.
DQ : 1 -> 0(480us+) -> 1
2)響應(yīng): DS18B20檢測到該上升沿后,延時15~60us, 通過拉低總線60~240us來產(chǎn)生應(yīng)答脈沖.
DQ: 1(15~60us) -> 0(60~240us)
3)接收響應(yīng): 主機接收到從機的應(yīng)答脈沖后, 說明有單線器件在線. 至此, 初始化完成.
DQ: 0

2. ROM操作命令
當(dāng)主機檢測到應(yīng)答脈沖, 便可發(fā)起ROM操作命令. 共有5類ROM操作命令, 如下表

命令類型命令字節(jié)功能Read Rom 讀ROM33H讀取激光ROM中的64位,只能用于總線上單個DS18B20器件情況, 多掛時會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突Match Rom匹配ROM55H此命令后跟64位ROM序列號,尋址多掛總線上的對應(yīng)DS18B20.只有序列號完全匹配的DS18B20才能響應(yīng)后面的內(nèi)存操作命令,其他不匹配的將等待復(fù)位脈沖.可用于單掛或多掛兩種情況.Skip Rom 跳過ROMCCH可無須提供64位ROM序列號即可運行內(nèi)存操作命令, 只能用于單掛.Search Rom搜索ROMF0H通過一個排除法過程, 識別出總線上所有器件的ROM序列號Alarm Search告警搜索ECH命令流程與Search Rom相同, 但DS18B20只有最近的一次溫度測量時滿足了告警觸發(fā)條件的, 才會響應(yīng)此命令.

3. 內(nèi)存操作命令
在成功執(zhí)行ROM操作命令后, 才可使用內(nèi)存操作命令. 共有6種內(nèi)存操作命令:

命令類型命令字節(jié)功能

Write Scratchpad
寫暫存器

4EH寫暫存器中地址2~地址4的3個字節(jié)(TH,TL和配置寄存器)在發(fā)起復(fù)位脈沖之前,3個字節(jié)都必須要寫.

Read Scratchpad
讀暫存器

BEH讀取暫存器內(nèi)容,從字節(jié)0~一直到字節(jié)8, 共9個字節(jié),主機可隨時發(fā)起復(fù)位脈沖,停止此操作,通常我們只需讀前5個字節(jié).

Copy Scratchpad
復(fù)制暫存器

48H將暫存器中的內(nèi)容復(fù)制進EERAM, 以便將溫度告警觸發(fā)字節(jié)存入非易失內(nèi)存. 如果此命令后主機產(chǎn)生讀時隙, 那么只要器件還在進行復(fù)制都會輸出0, 復(fù)制完成后輸出1.

Convert T
溫度轉(zhuǎn)換

44H開始溫度轉(zhuǎn)換操作. 若在此命令后主機產(chǎn)生時隙, 那么只要器件還在進行溫度轉(zhuǎn)換就會輸出0, 轉(zhuǎn)換完成后輸出1.

Recall E2
重調(diào)E2暫存器

B8H將存儲在EERAM中的溫度告警觸發(fā)值和配置寄存器值重新拷貝到暫存器中,此操作在DS18B20加電時自動產(chǎn)生.

Read Power Supply
讀供電方式

B4H主機發(fā)起此命令后每個讀數(shù)時隙內(nèi),DS18B20會發(fā)信號通知它的供電方式:0寄生電源, 1外部供電.

4. 數(shù)據(jù)處理
DS18B20要求有嚴格的時序來保證數(shù)據(jù)的完整性. 在單線DQ上, 有復(fù)位脈沖, 應(yīng)答脈沖, 寫0, 寫1, 讀0, 讀1這6種信號類型. 除了應(yīng)答脈沖外, 其它都由主機產(chǎn)生. 數(shù)據(jù)位的讀和寫是通過讀、寫時隙實現(xiàn)的.
1) 寫時隙: 當(dāng)主機將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平時, 產(chǎn)生寫時隙.所有寫時隙都必須在60us以上, 各寫時隙間必須保證1us的恢復(fù)時間.
寫"1" : 主機將數(shù)據(jù)線DQ先拉低, 然后釋放15us后, 將數(shù)據(jù)線DQ拉高;
寫"0" : 主機將DQ拉低并至少保持60us以上.
2)讀時隙: 當(dāng)主機將數(shù)據(jù)線DQ從高電平拉至低電平時, 產(chǎn)生讀時隙. 所有讀時隙最短必須持續(xù)60us, 各讀時隙間必須保證1us的恢復(fù)時間.
讀: 主機將DQ拉低至少1us,. 此時主機馬上將DQ拉高, 然后就可以延時15us后, 讀取DQ即可.


源代碼: (測量范圍: 0 ~ 99度)

DS18B20
1#include
2//通過DS18B20測試當(dāng)前環(huán)境溫度,并通過數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度值
3sbitwela=P2^7;//數(shù)碼管位選
4sbitdula=P2^6;//數(shù)碼管段選
5sbitds=P2^2;
6//0-F數(shù)碼管的編碼(共陰極)
7unsignedcharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,
80x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
9//0-9數(shù)碼管的編碼(共陰極),帶小數(shù)點
10unsignedcharcodetableWidthDot[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,
110x87,0xff,0xef};
12
13//延時函數(shù),例i=10,則大概延時10ms.
14voiddelay(unsignedchari)
15{
16unsignedcharj,k;
17for(j=i;j>0;j--)
18{
19for(k=125;k>0;k--);
20}
21}
22
23//初始化DS18B20
24//讓DS18B20一段相對長時間低電平,然后一段相對非常短時間高電平,即可啟動
25voiddsInit()
26{
27//一定要使用unsignedint型,一個i++指令的時間,作為與DS18B20通信的小時間間隔
28//以下都是一樣使用unsignedint型
29unsignedinti;
30ds=0;
31i=103;
32while(i>0)i--;
33ds=1;
34i=4;
35while(i>0)i--;
36}
37
38//向DS18B20讀取一位數(shù)據(jù)
39//讀一位,讓DS18B20一小周期低電平,然后兩小周期高電平,
40//之后DS18B20則會輸出持續(xù)一段時間的一位數(shù)據(jù)
41bitreadBit()
42{
43unsignedinti;
44bitb;
45ds=0;
46i++;
47ds=1;
48i++;i++;
49b=ds;
50i=8;
51while(i>0)i--;
52returnb;
53}
54
55//讀取一字節(jié)數(shù)據(jù),通過調(diào)用readBit()來實現(xiàn)
56unsignedcharreadByte()
57{
58unsignedinti;
59unsignedcharj,dat;
60dat=0;
61for(i=0;i<8;i++)
62{
63j=readBit();
64//最先讀出的是最低位數(shù)據(jù)
65dat=(j<<7)"(dat>>1);
66}
67returndat;
68}
69
70//向DS18B20寫入一字節(jié)數(shù)據(jù)
71voidwriteByte(unsignedchardat)
72{
73unsignedinti;
74unsignedcharj;
75bitb;
76for(j=0;j<8;j++)
77{
78b=dat&0x01;
79dat>>=1;
80//寫"1",讓低電平持續(xù)2個小延時,高電平持續(xù)8個小延時
81if(b)
82{
83ds=0;
84i++;i++;
85ds=1;
86i=8;while(i>0)i--;
87}
88else//寫"0",讓低電平持續(xù)8個小延時,高電平持續(xù)2個小延時
89{
90ds=0;
91i=8;while(i>0)i--;
92ds=1;
93i++;i++;
94}
95}
96}
97
98//向DS18B20發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令
99voidsendChangeCmd()
100{
101dsInit();//初始化DS18B20
102delay(1);//延時1ms
103writeByte(0xcc);//寫入跳過序列號命令字
104writeByte(0x44);//寫入溫度轉(zhuǎn)換命令字
105}
106
107//向DS18B20發(fā)送讀取數(shù)據(jù)命令
108voidsendReadCmd()
109{
110dsInit();
111delay(1);
112writeByte(0xcc);//寫入跳過序列號命令字
113writeByte(0xbe);//寫入讀取數(shù)據(jù)令字
114}
115
116//獲取當(dāng)前溫度值
117unsignedintgetTmpValue()
118{
119unsignedintvalue;//存放溫度數(shù)值
120floatt;
121unsignedcharlow,high;
122sendReadCmd();
123//連續(xù)讀取兩個字節(jié)數(shù)據(jù)
124low=readByte();
125high=readByte();
126//將高低兩個字節(jié)合成一個整形變量
127value=high;
128value<<=8;
129value"=low;
130//DS18B20的精確度為0.0625度,即讀回數(shù)據(jù)的最低位代表0.0625度
131t=value*0.0625;
132//將它放大10倍,使顯示時可顯示小數(shù)點后一位,并對小數(shù)點后第二2進行4舍5入
133//如t=11.0625,進行計數(shù)后,得到value=111,即11.1度
134value=t*10+0.5;
135returnvalue;
136}
137
138//顯示當(dāng)前溫度值,精確到小數(shù)點后一位
139voiddisplay(unsignedintv)
140{
141unsignedcharcount;
142unsignedchardatas[]={0,0,0};
143datas[0]=v/100;
144datas[1]=v%100/10;
145datas[2]=v%10;
146for(count=0;count<3;count++)
147{
148//片選
149wela=0;
150P0=((0xfe<>(8-count)));//選擇第(count+1)個數(shù)碼管
151wela=1;//打開鎖存,給它一個下降沿量
152wela=0;
153//段選
154dula=0;
155if(count!=1)
156{
157P0=table[datas[count]];//顯示數(shù)字
158}
159else
160{
161P0=tableWidthDot[datas[count]];//顯示帶小數(shù)點數(shù)字
162}
163dula=1;//打開鎖存,給它一個下降沿量
164dula=0;
165delay(5);//延時5ms,即亮5ms
166
167//清除段先,讓數(shù)碼管滅,去除對下一位的影響,去掉高位對低位重影
168//若想知道影響效果如何,可自行去掉此段代碼
169//因為數(shù)碼管是共陰極的,所有滅的代碼為:00H
170dula=0;
171P0=0x00;//顯示數(shù)字
172dula=1;//打開鎖存,給它一個下降沿量
173dula=0;
174}
175}
176
177voidmain()
178{
179unsignedchari;
180unsignedintvalue;
181while(1)
182{
183//啟動溫度轉(zhuǎn)換
184sendChangeCmd();
185value=getTmpValue();
186//顯示3次
187for(i=0;i<3;i++)
188{
189display(value);
190}
191}
192}