单片机练习 - DS18B20温度转换与显示
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最近都在学习和写单片机的程序, 今天有空又模仿DS18B20温度测量显示实验写了一个与DS18B20基于单总线通信的程序.
DS18B20 数字温度传感器(参考:智能温度传感器DS18B20的原理与应用)是DALLAS 公司生产的1-Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计。DS18B20 产品的特点:
(1)、只要求一个I/O 口即可实现通信。
(2)、在DS18B20 中的每个器件上都有独一无二的序列号。
(3)、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。
(4)、测量温度范围在-55 到+125℃之间; 在-10 ~ +85℃范围内误差为±5℃;
(5)、数字温度计的分辨率用户可以从9 位到12 位选择。将12位的温度值转换为数字量所需时间不超过750ms;
(6)、内部有温度上、下限告警设置。
DS18B20引脚分布图
DS18B20 详细引脚功能描述:
1、GND 地信号;
2、DQ数据输入出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用在寄生电源下，此引脚可以向器件提供电源;漏极开路, 常太下高电平. 通常要求外接一个约5kΩ的上拉电阻.
3、VDD可选择的VDD 引脚。电压范围:3~5.5V; 当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。
DS18B20存储器结构图
暂存储器的头两个字节为测得温度信息的低位和高位字节;
第3, 4字节是TH和TL的易失性拷贝, 在每次电复位时都会被刷新;
第5字节是配置寄存器的易失性拷贝, 同样在电复位时被刷新;
第9字节是前面8个字节的CRC检验值.
配置寄存器的命令内容如下:
0R1R011111
MSB LSB
R0和R1是温度值分辨率位, 按下表进行配置.默认出厂设置是R1R0 = 11, 即12位.
温度值分辨率配置表
R1R0分辨率最大转换时间(ms)
009bit93.75(tconv/8)
0110bit183.50(tconv/4)
1011bit375(tconv/2)
1112bit750 (tconv)
4种分辨率对应的温度分辨率为0.5℃, 0.25℃, 0.125℃, 0.0625℃(即最低一位代表的温度值)
12位分辨率时的两个温度字节的具体格式如下:
低字节:
2^32^22^12^02^-12^-22^-32^-4
高字节:
SSSSS2^62^52^4
其中高字节前5位都是符号位S, 若分辨率低于12位时, 相应地使最低为0, 如: 当分辨率为10位时, 低字节为:
2^32^22^12^02^-12^-200
, 高字节不变....
一些温度与转换后输出的数字参照如下:
温度数字输出换成16进制
+125℃00000111 11010000 07D0H
+85℃00000101 010100000550H
+25.0625℃00000001 100100010191H
+10.125℃00000000 1010001000A2H
+0.5℃00000000 000010000008H
0℃00000000 000000000000H
-0.5℃11111111 11111000FFF8H
-10.125℃11111111 01011110FFE5H
-25.0625℃11111110 01101111FF6FH
-55℃11111100 10010000FC90H
由上表可看出, 当输出是负温度时, 使用补码表示, 方便计算机运算(若是用C语言, 直接将结果赋值给一个int变量即可).
DS18B20 的使用方法:
由于DS18B20 采用的是1-Wire 总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对单片机来说，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。
由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。
DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。
该协议定义了几种信号的时序：初始化时序(dsInit()实现)、读时序(readByte())、写时序(writeByte())。
所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。
DS18B20与单片机连接电路图:
利用软件模拟DS18B20的单线协议和命令:主机操作DS18B20必须遵循下面的顺序
1. 初始化
单线总线上的所有操作都是从初始化开始的. 过程如下:
1)请求: 主机通过拉低单线480us以上, 产生复位脉冲, 然后释放该线, 进入Rx接收模式. 主机释放总线时, 会产生一个上升沿脉冲.
DQ : 1 -> 0(480us+) -> 1
2)响应: DS18B20检测到该上升沿后, 延时15~60us, 通过拉低总线60~240us来产生应答脉冲.
DQ: 1(15~60us) -> 0(60~240us)
3)接收响应: 主机接收到从机的应答脉冲后, 说明有单线器件在线. 至此, 初始化完成.
DQ: 0
2. ROM操作命令
当主机检测到应答脉冲, 便可发起ROM操作命令. 共有5类ROM操作命令, 如下表
命令类型 命令字节功能
Read Rom 读ROM 33H读取激光ROM中的64位,只能用于总线上单个DS18B20器件情况, 多挂时会发生数据冲突
Match Rom匹配ROM55H此命令后跟64位ROM序列号,寻址多挂总线上的对应DS18B20.只有序列号完全匹配的DS18B20才能响应后面的内存操作命令,其他不匹配的将等待复位脉冲.可用于单挂或多挂两种情况.
Skip Rom 跳过ROMCCH可无须提供64位ROM序列号即可运行内存操作命令, 只能用于单挂.
Search Rom搜索ROMF0H通过一个排除法过程, 识别出总线上所有器件的ROM序列号
Alarm Search告警搜索ECH命令流程与Search Rom相同, 但DS18B20只有最近的一次温度测量时满足了告警触发条件的, 才会响应此命令.
3. 内存操作命令
在成功执行ROM操作命令后, 才可使用内存操作命令. 共有6种内存操作命令:
命令类型命令字节功能
Write Scratchpad
写暂存器4EH写暂存器中地址2~地址4的3个字节(TH,TL和配置寄存器)在发起复位脉冲之前,3个字节都必须要写.
Read Scratchpad
读暂存器BEH读取暂存器内容,从字节0~一直到字节8, 共9个字节,主机可随时发起复位脉冲,停止此操作,通常我们只需读前5个字节.
Copy Scratchpad
复制暂存器48H将暂存器中的内容复制进EERAM, 以便将温度告警触发字节存入非易失内存. 如果此命令后主机产生读时隙, 那么只要器件还在进行复制都会输出0, 复制完成后输出1.
Convert T
温度转换44H开始温度转换操作. 若在此命令后主机产生时隙, 那么只要器件还在进行温度转换就会输出0, 转换完成后输出1.
Recall E2
重调E2暂存器B8H将存储在EERAM中的温度告警触发值和配置寄存器值重新拷贝到暂存器中,此操作在DS18B20加电时自动产生.
Read Power Supply
读供电方式B4H主机发起此命令后每个读数时隙内,DS18B20会发信号通知它的供电方式:0寄生电源, 1外部供电.
4. 数据处理
DS18B20要求有严格的时序来保证数据的完整性. 在单线DQ上, 有复位脉冲, 应答脉冲, 写0, 写1, 读0, 读1这6种信号类型. 除了应答脉冲外, 其它都由主机产生. 数据位的读和写是通过读、写时隙实现的.
1) 写时隙: 当主机将数据线从高电平拉至低电平时, 产生写时隙.所有写时隙都必须在60us以上, 各写时隙间必须保证1us的恢复时间.
写"1" : 主机将数据线DQ先拉低, 然后释放15us后, 将数据线DQ拉高;
写"0" : 主机将DQ拉低并至少保持60us以上.
2)读时隙: 当主机将数据线DQ从高电平拉至低电平时, 产生读时隙. 所有读时隙最短必须持续60us, 各读时隙间必须保证1us的恢复时间.
读: 主机将DQ拉低至少1us,. 此时主机马上将DQ拉高, 然后就可以延时15us后, 读取DQ即可.
源代码: (测量范围: 0 ~ 99度)
DS18B20
1
#include
2
//通过DS18B20测试当前环境温度, 并通过数码管显示当前温度值
3
sbit wela = P2^7; //数码管位选
4
sbit dula = P2^6; //数码管段选
5
sbit ds = P2^2;
6
//0-F数码管的编码(共阴极)
7
unsigned char code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,
8
0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
9
//0-9数码管的编码(共阴极), 带小数点
10
unsigned char code tableWidthDot[]={0xbf, 0x86, 0xdb, 0xcf, 0xe6, 0xed, 0xfd,
11
0x87, 0xff, 0xef};
12
13
//延时函数, 例i=10,则大概延时10ms.
14
void delay(unsigned char i)
15
{
16
unsigned char j, k;
17
for(j = i; j > 0; j--)
18
{
19
for(k = 125; k > 0; k--);
20
}
21
}
22
23
//初始化DS18B20
24
//让DS18B20一段相对长时间低电平, 然后一段相对非常短时间高电平, 即可启动
25
void dsInit()
26
{
27
//一定要使用unsigned int型, 一个i++指令的时间, 作为与DS18B20通信的小时间间隔
28
//以下都是一样使用unsigned int型
29
unsigned int i;
30
ds = 0;
31
i = 103;
32
while(i>0) i--;
33
ds = 1;
34
i = 4;
35
while(i>0) i--;
36
}
37
38
//向DS18B20读取一位数据
39
//读一位, 让DS18B20一小周期低电平, 然后两小周期高电平,
40
//之后DS18B20则会输出持续一段时间的一位数据
41
bit readBit()
42
{
43
unsigned int i;
44
bit b;
45
ds = 0;
46
i++;
47
ds = 1;
48
i++; i++;
49
b = ds;
50
i = 8;
51
while(i>0) i--;
52
return b;
53
}
54
55
//读取一字节数据, 通过调用readBit()来实现
56
unsigned char readByte()
57
{
58
unsigned int i;
59
unsigned char j, dat;
60
dat = 0;
61
for(i=0; i<8; i++)
62
{
63
j = readBit();
64
//最先读出的是最低位数据
65
dat = (j << 7) | (dat >> 1);
66
}
67
return dat;
68
}
69
70
//向DS18B20写入一字节数据
71
void writeByte(unsigned char dat)
72
{
73
unsigned int i;
74
unsigned char j;
75
bit b;
76
for(j = 0; j < 8; j++)
77
{
78
b = dat & 0x01;
79
dat >>= 1;
80
//写"1", 让低电平持续2个小延时, 高电平持续8个小延时
81
if(b)
82
{
83
ds = 0;
84
i++; i++;
85
ds = 1;
86
i = 8; while(i>0) i--;
87
}
88
else //写"0", 让低电平持续8个小延时, 高电平持续2个小延时
89
{
90
ds = 0;
91
i = 8; while(i>0) i--;
92
ds = 1;
93
i++; i++;
94
}
95
}
96
}
97
98
//向DS18B20发送温度转换命令
99
void sendChangeCmd()
100
{
101
dsInit(); //初始化DS18B20
102
delay(1); //延时1ms
103
writeByte(0xcc); //写入跳过序列号命令字
104
writeByte(0x44); //写入温度转换命令字
105
}
106
107
//向DS18B20发送读取数据命令
108
void sendReadCmd()
109
{
110
dsInit();
111
delay(1);
112
writeByte(0xcc); //写入跳过序列号命令字
113
writeByte(0xbe); //写入读取数据令字
114
}
115
116
//获取当前温度值
117
unsigned int getTmpValue()
118
{
119
unsigned int value; //存放温度数值
120
float t;
121
unsigned char low, high;
122
sendReadCmd();
123
//连续读取两个字节数据
124
low = readByte();
125
high = readByte();
126
//将高低两个字节合成一个整形变量
127
value = high;
128
value <<= 8;
129
value |= low;
130
//DS18B20的精确度为0.0625度, 即读回数据的最低位代表0.0625度
131
t = value * 0.0625;
132
//将它放大10倍, 使显示时可显示小数点后一位, 并对小数点后第二2进行4舍5入
133
//如t=11.0625, 进行计数后, 得到value = 111, 即11.1 度
134
value = t * 10 + 0.5;
135
return value;
136
}
137
138
//显示当前温度值, 精确到小数点后一位
139
void display(unsigned int v)
140
{
141
unsigned char count;
142
unsigned char datas[] = {0, 0, 0};
143
datas[0] = v / 100;
144
datas[1] = v % 100 / 10;
145
datas[2] = v % 10;
146
for(count = 0; count < 3; count++)
147
{
148
//片选
149
wela = 0;
150
P0 = ((0xfe << count) | (0xfe >> (8 - count))); //选择第(count + 1) 个数码管
151
wela = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量
152
wela = 0;
153
//段选
154
dula = 0;
155
if(count != 1)
156
{
157
P0 = table[datas[count]]; //显示数字
158
}
159
else
160
{
161
P0 = tableWidthDot[datas[count]]; //显示带小数点数字
162
}
163
dula = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量
164
dula = 0;
165
delay(5); //延时5ms, 即亮5ms
166
167
//清除段先, 让数码管灭, 去除对下一位的影响, 去掉高位对低位重影
168
//若想知道影响效果如何, 可自行去掉此段代码
169
//因为数码管是共阴极的, 所有灭的代码为: 00H
170
dula = 0;
171
P0 = 0x00; //显示数字
172
dula = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量
173
dula = 0;
174
}
175
}
176
177
void main()
178
{
179
unsigned char i;
180
unsigned int value;
181
while(1)
182
{
183
//启动温度转换
184
sendChangeCmd();
185
value = getTmpValue();
186
//显示3次
187
for(i = 0; i < 3; i++)
188
{
189
display(value);
190
}
191
}
192
}
显示效果:
流程图:
改进代码: 扩大测量范围, 使可测量范围为: -55度 ~ +125度, 严格按照上面的流程进行软件设计
3.15 1:34 修正display()函数中的下一位显示对上一位的影响
改进代码
1
#include
2
#include
3
#include //要用到取绝对值函数abs()
4
//通过DS18B20测试当前环境温度, 并通过数码管显示当前温度值, 目前显示范围: -55~ +125度
5
sbit wela = P2^7; //数码管位选
6
sbit dula = P2^6; //数码管段选
7
sbit ds = P2^2;
8
int tempValue;
9
10
//0-F数码管的编码(共阴极)
11
unsigned char code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,
12
0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
13
//0-9数码管的编码(共阴极), 带小数点
14
unsigned char code tableWidthDot[]={0xbf, 0x86, 0xdb, 0xcf, 0xe6, 0xed, 0xfd,
15
0x87, 0xff, 0xef};
16
17
//延时函数, 对于11.0592MHz时钟, 例i=10,则大概延时10ms.
18
void delay(unsigned int i)
19
{
20
unsigned int j;
21
while(i--)
22
{
23
for(j = 0; j < 125; j++);
24
}
25
}
26
27
//初始化DS18B20
28
//让DS18B20一段相对长时间低电平, 然后一段相对非常短时间高电平, 即可启动
29
void dsInit()
30
{
31
//对于11.0592MHz时钟, unsigned int型的i, 作一个i++操作的时间大于为8us
32
unsigned int i;
33
ds = 0;
34
i = 100; //拉低约800us, 符合协议要求的480us以上
35
while(i>0) i--;
36
ds = 1; //产生一个上升沿, 进入等待应答状态
37
i = 4;
38
while(i>0) i--;
39
}
40
41
void dsWait()
42
{
43
unsigned int i;
44
while(ds);
45
while(~ds); //检测到应答脉冲
46
i = 4;
47
while(i > 0) i--;
48
}
49
50
//向DS18B20读取一位数据
51
//读一位, 让DS18B20一小周期低电平, 然后两小周期高电平,
52
//之后DS18B20则会输出持续一段时间的一位数据
53
bit readBit()
54
{
55
unsigned int i;
56
bit b;
57
ds = 0;
58
i++; //延时约8us, 符合协议要求至少保持1us
59
ds = 1;
60
i++; i++; //延时约16us, 符合协议要求的至少延时15us以上
61
b = ds;
62
i = 8;
63
while(i>0) i--; //延时约64us, 符合读时隙不低于60us要求
64
return b;
65
}
66
67
//读取一字节数据, 通过调用readBit()来实现
68
unsigned char readByte()
69
{
70
unsigned int i;
71
unsigned char j, dat;
72
dat = 0;
73
for(i=0; i<8; i++)
74
{
75
j = readBit();
76
//最先读出的是最低位数据
77
dat = (j << 7) | (dat >> 1);
78
}
79
return dat;
80
}
81
82
//向DS18B20写入一字节数据
83
void writeByte(unsigned char dat)
84
{
85
unsigned int i;
86
unsigned char j;
87
bit b;
88
for(j = 0; j < 8; j++)
89
{
90
b = dat & 0x01;
91
dat >>= 1;
92
//写"1", 将DQ拉低15us后, 在15us~60us内将DQ拉高, 即完成写1
93
if(b)
94
{
95
ds = 0;
96
i++; i++; //拉低约16us, 符号要求15~60us内
97
ds = 1;
98
i = 8; while(i>0) i--; //延时约64us, 符合写时隙不低于60us要求
99
}
100
else //写"0", 将DQ拉低60us~120us
101
{
102
ds = 0;
103
i = 8; while(i>0) i--; //拉低约64us, 符号要求
104
ds = 1;
105
i++; i++; //整个写0时隙过程已经超过60us, 这里就不用像写1那样, 再延时64us了
106
}
107
}
108
}
109
110
//向DS18B20发送温度转换命令
111
void sendChangeCmd()
112
{
113
dsInit(); //初始化DS18B20, 无论什么命令, 首先都要发起初始化
114
dsWait(); //等待DS18B20应答
115
delay(1); //延时1ms, 因为DS18B20会拉低DQ 60~240us作为应答信号
116
writeByte(0xcc); //写入跳过序列号命令字 Skip Rom
117
writeByte(0x44); //写入温度转换命令字 Convert T
118
}
119
120
//向DS18B20发送读取数据命令
121
void sendReadCmd()
122
{
123
dsInit();
124
dsWait();
125
delay(1);
126
writeByte(0xcc); //写入跳过序列号命令字 Skip Rom
127
writeByte(0xbe); //写入读取数据令字 Read Scratchpad
128
}
129
130
//获取当前温度值
131
int getTmpValue()
132
{
133
unsigned int tmpvalue;
134
int value; //存放温度数值
135
float t;
136
unsigned char low, high;
137
sendReadCmd();
138
//连续读取两个字节数据
139
low = readByte();
140
high = readByte();
141
//将高低两个字节合成一个整形变量
142
//计算机中对于负数是利用补码来表示的
143
//若是负值, 读取出来的数值是用补码表示的, 可直接赋值给int型的value
144
tmpvalue = high;
145
tmpvalue <<= 8;
146
tmpvalue |= low;
147
value = tmpvalue;
148
149
//使用DS18B20的默认分辨率12位, 精确度为0.0625度, 即读回数据的最低位代表0.0625度
150
t = value * 0.0625;
151
//将它放大100倍, 使显示时可显示小数点后两位, 并对小数点后第三进行4舍5入
152
//如t=11.0625, 进行计数后, 得到value = 1106, 即11.06 度
153
//如t=-11.0625, 进行计数后, 得到value = -1106, 即-11.06 度
154
value = t * 100 + (value > 0 ? 0.5 : -0.5); //大于0加0.5, 小于0减0.5
155
return value;
156
}
157
158
unsigned char const timeCount = 3; //动态扫描的时间间隔
159
//显示当前温度值, 精确到小数点后一位
160
//若先位选再段选, 由于IO口默认输出高电平, 所以当先位选会使数码管出现乱码
161
void display(int v)
162
{
163
unsigned char count;
164
unsigned char datas[] = {0, 0, 0, 0, 0};
165
unsigned int tmp = abs(v);
166
datas[0] = tmp / 10000;
167
datas[1] = tmp % 10000 / 1000;
168
datas[2] = tmp % 1000 / 100;
169
datas[3] = tmp % 100 / 10;
170
datas[4] = tmp % 10;
171
if(v < 0)
172
{
173
//关位选, 去除对上一位的影响
174
P0 = 0xff;
175
wela = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量
176
wela = 0;
177
//段选
178
P0 = 0x40; //显示"-"号
179
dula = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量
180
dula = 0;
181
182
//位选
183
P0 = 0xfe;
184
wela = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量
185
wela = 0;
186
delay(timeCount);
187
}
188
for(count = 0; count != 5; count++)
189
{
190
//关位选, 去除对上一位的影响
191
P0 = 0xff;
192
wela = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量
193
wela = 0;
194
//段选
195
if(count != 2)
196
{
197
/* if((count == 0 && datas[count] == 0)
198
|| ((count == 1 && datas[count] == 0) && (count == 0 && datas[count - 1] == 0)))
199
{
200
P0 = 0x00; //当最高位为0时, 不作显示
201
}
202
else*/
203
P0 = table[datas[count]]; //显示数字
204
}
205
else
206
{
207
P0 = tableWidthDot[datas[count]]; //显示带小数点数字
208
}
209
dula = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量
210
dula = 0;
211
212
//位选
213
P0 = _crol_(0xfd, count); //选择第(count + 1) 个数码管
214
wela = 1; //打开锁存, 给它一个下降沿量
215
wela = 0;
216
delay(timeCount);
217
}
218
}
219
220
void main()
221
{
222
unsigned char i;
223
224
while(1)
225
{
226
//启动温度转换
227
sendChangeCmd();
228
//显示5次
229
for(i = 0; i < 40; i++)
230
{
231
display(tempValue);
232
}
233
tempValue = getTmpValue();
234
}
235
}
改进后的效果图:
只有一位小数
两位小数, 并消除下一位对上一位的影响
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