2023年01月11日 | 51单片机实现温度采集与显示（二）

下面简单介绍一下DS18B20：

DS18B20 是由 DALLAS 半导体公司推出的一种的“一线总线（单总线） ” 接
口的温度传感器。 与传统的热敏电阻等测温元件相比， 它是一种新型的体积小、
适用电压宽、 与微处理器接口简单的数字化温度传感器。

通过P37模拟单总线通信读取数据和发送命令

上面是DS18B20 的示意图，可以看出他与51单片机相连的只有一个管脚——P37，那么二者是如何通信的呢？——采用软件模拟单总线通信

DS18B20 时序包括如下几种： 初始化时序、 写（0 和 1） 时序、
读（0 和 1） 时序。 DS18B20 发送所有的命令和数据都是字节的低位在前。

初始化时序：简单来说，就是主机发送复位脉冲，从机（这里说的就是DS18B20）发送应答脉冲。

单总线上的所有通信都是以初始化序列开始。 主机输出低电平， 保持低电平
时间至少 480us（该时间的时间范围可以从 480 到 960 微妙） ， 以产生复位脉
冲。 接着主机释放总线， 外部的上拉电阻将单总线拉高， 延时 15～60 us， 并进
入接收模式。 接着 DS18B20 拉低总线 60~240 us， 以产生低电平应答脉冲，
若为低电平， 则还要做延时， 其延时的时间从外部上拉电阻将单总线拉高算起最少要
480 微妙。 初始化时序图如下：

初始化时序图

关键点：

• 复位=主机拉低总线480us~960us

• 外部上拉电阻将总线拉高（软件模拟时，直接把总线输出1就可以了），延时15~60us

• 应答=从机拉低总线60~240us，若检测的是低电平，还需做延时，就是至少480us后才能操作总线

提示1：看似没事就要延时的单总线时序，可以发现这么做的目的是为了区分复位信号和应答信号。

DS18B20初始化

/*******************************************************************************

* 函数名         : Ds18b20Init

* 函数功能    : 初始化

* 输入           : 无

* 输出          : 初始化成功返回1，失败返回0

*******************************************************************************/

unsigned char Ds18b20Init()

{

unsigned int i;

DSPORT=0; //将总线拉低480us~960us

i=70;

while(i--);//延时642us

DSPORT=1; //然后拉高总线，如果DS18B20做出反应会将在15us~60us后总线拉低

i=0;

while(DSPORT) //等待DS18B20拉低总线

{

i++;

if(i>5000)//等待>5MS

return 0;//初始化失败

}

return 1;//初始化成功

}

写时序：就是主机先拉低总线代表我要开始写数据了，从机再对总线采样，是低电平就是主机写0，是高电平就是主机写1（从机采样是自动的，我们不用管！），这个过程总线保持同样的状态至少60us即可被正确采样,

写时序包括写 0 时序和写 1 时序。 所有写时序至少需要 60us， 且在 2 次
独立的写时序之间至少需要 1us 的恢复时间，
两种写时序均起始于主机拉低总线。
写 0时序： 主机输出低电平， 延时 至少60us， 然后释放总线， 延时 至少1us恢复
写 1 时序： 主机输出低电平， 在15us内允许拉高总线， 然后释放总线， 延时 一共至少60us
写时序图如下:

写时序

DS18B20写时序

/*******************************************************************************

* 函数名         : Ds18b20WriteByte

* 函数功能   : 向18B20写入一个字节

* 输入           : dat

* 输出          : 无

*******************************************************************************/

void Ds18b20WriteByte(unsigned char dat)

{

unsigned int i,j;

for(j=0;j<8;j++)

{

DSPORT=0; //每写入一位数据之前先把总线拉低1us

i++;

DSPORT=dat&0x01; //然后写入一个数据，从最低位开始

i=6;

while(i--); //延时68us，持续时间最少60us

DSPORT=1; //然后释放总线，至少1us给总线恢复时间才能接着写入第二个数值

dat>>=1;

}

}

读时序：读时序其实和写时序操作非常相似，不一样的地方就是不再是从机进行采样，而是主机要在总线拉低的15us内完成采样。其他地方都和写时序相同。

单总线器件仅在主机发出读时序时， 才向主机传输数据， 所以， 在主机发出
读数据命令后， 必须马上产生读时序， 以便从机能够传输数据。 所有读时序至少
需要 60us， 且在 2 次独立的读时序之间至少需要 1us 的恢复时间。 每个读时
序都由主机发起， 至少拉低总线 1us。 主机在读时序期间必须释放总线， 并且在
时序起始后的 15us 之内采样总线状态。 读时序图如下：

DS18B20读时序

/*******************************************************************************

* 函数名         : Ds18b20ReadByte

* 函数功能    : 读取一个字节

* 输入           : 无

* 输出          : 无

*******************************************************************************/

unsigned char Ds18b20ReadByte()

{

unsigned char byte,bi;

unsigned int i,j;

for(j=8;j>0;j--)

{

DSPORT=0;//先将总线拉低1us，代表我要开始读总线了

i++;

DSPORT=1;//然后释放总线，此时P3.7口处于输入状态，代表释放总线的意思

i++;

i++;//延时6us等待数据稳定

bi=DSPORT; //读取数据，从最低位开始读取

/*将byte左移一位，然后与上右移7位后的bi，注意移动之后移掉那位补0。*/

byte=(byte>>1)|(bi<<7);   

i=4; //读取完之后等待48us再接着读取下一个数

while(i--);

}

return byte;

}

提示2：注意写时序和读时序的操作其实只是为了在总线上进行顺利通信而规定的时序要求，至于究竟是要写操作还是读操作，都是通过主机向从机写命令后，再启动时序进行的。

例如:对于读操作而言，假如要开始读取转换后的温度，那就得先发送读取DS18B20存储器命令，这里就利用的就是写时序向从机写入命令，然后主机再启动读时序获得转换好的温度！

DS18B20温度读取过程

下面给出上面图中温度读取过程中涉及到的函数：

启动DS18B20转换温度关键：初始化+发送转换命令（0x44）

/*******************************************************************************

* 函数名         : Ds18b20ChangTemp

* 函数功能    : 让18b20开始转换温度

* 输入           : com

* 输出          : 无

*******************************************************************************/

void  Ds18b20ChangTemp()

{

Ds18b20Init();

Delay1ms(1);

Ds18b20WriteByte(0xcc); //跳过ROM操作命令  

Ds18b20WriteByte(0x44);     //温度转换命令

// Delay1ms(100); //等待转换成功，而如果你是一直刷着的话，就不用这个延时了

}

发送读取温度命令关键：初始化+发送读取温度命令

*******************************************************************************

* 函数名         : Ds18b20ReadTempCom

* 函数功能    : 发送读取温度命令

* 输入           :无

* 输出          : 无

*******************************************************************************/

void  Ds18b20ReadTempCom()

{

Ds18b20Init();

Delay1ms(1);

Ds18b20WriteByte(0xcc); //跳过ROM操作命令

Ds18b20WriteByte(0xbe); //发送读取温度命令

}

读取温度操作：启动转换温度操作+发送读取温度操作+连续两次读时序（温度值转换为16位数据）

/*******************************************************************************

* 函数名         : Ds18b20ReadTemp

* 函数功能    : 读取温度

* 输入           : 无

* 输出          : 无

*******************************************************************************/

int Ds18b20ReadTemp()

{

int temp=0;

unsigned char tmh,tml;

Ds18b20ChangTemp(); //先写入转换命令

Ds18b20ReadTempCom(); //然后等待转换完后发送读取温度命令

tml=Ds18b20ReadByte(); //读取温度值共16位，先读低字节

tmh=Ds18b20ReadByte(); //再读高字节

temp=tmh;

temp<<=8;

temp|=tml;

return temp;

}

下面给出温度传感器的头文件temp.h以及仅供参考的主程序：

#ifndef __TEMP_H_

#define __TEMP_H_

#include

sbit DSPORT=P3^7;

void Delay1ms(unsigned int );

unsigned char Ds18b20Init();

void Ds18b20WriteByte(unsigned char com);

unsigned char Ds18b20ReadByte();

void  Ds18b20ChangTemp();

void  Ds18b20ReadTempCom();

int Ds18b20ReadTemp();

#endif

main.c

/*******************************************************************************

* 实验名    :温度显示实验

* 使用的IO      : 

* 实验效果       :1602显示温度

* 注意 ：

*******************************************************************************/

#include

#include"lcd.h"

#include"temp.h"

void LcdDisplay(int);

void UsartConfiguration();

/*******************************************************************************

* 函数名         : main

* 函数功能    : 主函数

* 输入           : 无

* 输出          : 无

*******************************************************************************/

void main()

{

P1=0xf0;

UsartConfiguration();

LcdInit(); //初始化LCD1602

LcdWriteCom(0x88); //写地址 80表示初始地址

LcdWriteData('C'); 

while(1)

{

LcdDisplay(Ds18b20ReadTemp());

// Delay1ms(1000);//1s钟刷一次

}

}

/*******************************************************************************

* 函数名         : LcdDisplay()

* 函数功能    : LCD显示读取到的温度

* 输入           : v

* 输出          : 无

*******************************************************************************/

void LcdDisplay(int temp) //lcd显示

{

  unsigned char i, datas[] = {0, 0, 0, 0, 0}; //定义数组

float tp;  

if(temp< 0) //当温度值为负数

  {

  LcdWriteCom(0x80); //写地址 80表示初始地址

SBUF='-';//将接收到的数据放入到发送寄存器

while(!TI);          //等待发送数据完成

TI=0; //清除发送完成标志位

    LcdWriteData('-');  //显示负

//因为读取的温度是实际温度的补码，所以减1，再取反求出原码

temp=temp-1;

temp=~temp;

tp=temp;

temp=tp*0.0625*100+0.5;

//留两个小数点就*100，+0.5是四舍五入，因为C语言浮点数转换为整型的时候把小数点

//后面的数自动去掉，不管是否大于0.5，而+0.5之后大于0.5的就是进1了，小于0.5的就

//算由?.5，还是在小数点后面。

  }

  else

  {

  LcdWriteCom(0x80); //写地址 80表示初始地址

    LcdWriteData('+'); //显示正

SBUF='+';//将接收到的数据放入到发送寄存器

while(!TI);          //等待发送数据完成

TI=0; //清除发送完成标志位

tp=temp;//因为数据处理有小数点所以将温度赋给一个浮点型变量

//如果温度是正的那么，那么正数的原码就是补码它本身

temp=tp*0.0625*100+0.5;

//留两个小数点就*100，+0.5是四舍五入，因为C语言浮点数转换为整型的时候把小数点

//后面的数自动去掉，不管是否大于0.5，而+0.5之后大于0.5的就是进1了，小于0.5的就

//算加上0.5，还是在小数点后面。

}

datas[0] = temp / 10000;

datas[1] = temp % 10000 / 1000;

datas[2] = temp % 1000 / 100;

datas[3] = temp % 100 / 10;

datas[4] = temp % 10;

LcdWriteCom(0x82);   

LcdWriteData('0'+datas[0]); //百位 

SBUF = '0'+datas[0];//将接收到的数据放入到发送寄存器

while (!TI);          //等待发送数据完成

TI = 0;

LcdWriteCom(0x83);

LcdWriteData('0'+datas[1]); //十位

SBUF = '0'+datas[1];//将接收到的数据放入到发送寄存器

while (!TI);          //等待发送数据完成

TI = 0;

LcdWriteCom(0x84);

LcdWriteData('0'+datas[2]); //个位 

SBUF = '0'+datas[2];//将接收到的数据放入到发送寄存器

while (!TI);          //等待发送数据完成

TI = 0;

LcdWriteCom(0x85);

LcdWriteData('.'); //显示 ‘.’

SBUF = '.';//将接收到的数据放入到发送寄存器

while (!TI);          //等待发送数据完成

TI = 0;

LcdWriteCom(0x86);  

LcdWriteData('0'+datas[3]); //十分位

SBUF = '0'+datas[3];//将接收到的数据放入到发送寄存器

while (!TI);          //等待发送数据完成

TI = 0;

LcdWriteCom(0x87);

LcdWriteData('0'+datas[4]); //百分位

SBUF = '0'+datas[4];//将接收到的数据放入到发送寄存器

while (!TI);          //等待发送数据完成

TI = 0;

}

/*******************************************************************************

* 函 数 名         :UsartConfiguration()

* 函数功能    :设置串口

* 输    入         : 无

* 输    出         : 无

*******************************************************************************/

void UsartConfiguration()

{

SCON=0X50; //设置为工作方式1

TMOD=0X20; //设置计数器工作方式2

PCON=0X80; //波特率加倍

TH1=0XF3; //计数器初始值设置，注意波特率是4800的

TL1=0XF3;

TR1=1; //打开计数器

}