清翔零基础教你学51单片机_个人学习笔记(14)_数字温度传感器DS18B20（理论+实践）
说明
本人使用的是清翔的51单片机开发板，如果型号相同最方便，但是如果型号不同也可以参考，因为芯片都是一样的，只是外设不同而已，使用时只需要对照自己的开发板原理图稍微修改下引脚即可。
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本次笔记对应视频教程的第40，,41集数字温度传感器DS18B20（理论+实践）
如果笔记之中有任何错误，请在评论区指出，谢谢
一、DS18B20
1.1 总览
注意中文数据手册有些许错误，看的时候需要留心。
1.2 两种供电方式
DS18B20可以不接VCC而从数据引脚吸取电源，这样最少只需要数据脚和接地两根线就行了。
寄生供电
外部电源供电
1.3 温度寄存器的格式
S为0表示正的温度，S为1表示负的温度
注：上电默认温度85℃
1.4 内部存储器结构
设置完数据之后可以再发送拷贝命令把数据复制到EEPROM中，上电后会自动把EEPROM的数据复制到TH,TL,和配置寄存器中，实现掉电不丢失数据。
配置报警
位0和位1是测得的温度，位2位3是用户设置的高低温度报警数据，位4是配置寄存器
配置精度
存储器位4是配置精度的
1.5 访问DS18B20的顺序
通过单线总线端口访问 DS18B20 的协议如下：
- 步骤1. 初始化
- 步骤2. ROM 操作指令
必须先发出一条ROM指令表明了顺序很重要 - 步骤3. DS18B20 功能指令
每一次 DS18B20 的操作都必须满足以上步骤，若是缺少步骤或是顺序混乱，器件将不会返回值。
1.6 ROM指令
Search ROM [F0h] ( 搜索 ROM 指令)
READ ROM [33h] （ 读取 ROM 指令 ）
MATH ROM [55h] （ 匹配 ROM 指令 ）
SKIP ROM [CCh] ( 忽略 ROM 指令)
ALARM SEARCH [ECH] 报警 搜索指令
1.7 功能指令
1.8 功能指令总结表
清翔PPT总结ROM指令和功能指令
二、 单总线信号
2.1 初始化时序
主机先拉低总线480us以上，构成复位脉冲，然后释放总线，DS18B20会在探测到上升沿后，等待15到60us，再拉低总线60到240us构成存在脉冲。
2.2 写时序
要产生写时序，先把总线拉低至少1us，如果写0，总线必须拉低60到120us，然后释放总线，如果写1，在写时序之后15us内把总线拉高，总时长要大于60us。注意两次写周期之间至少要间隔1us
2.3 读时序
要产生读时序，必须把总线拉低至少1us，然后释放总线，在读信号开始后15us内总线控制器采样总线数据，读一位数据至少保持在60us以上。两次读周期之间至少间隔1us
2.4 操作举例
三、 开发板原理图上的DS18B20
由于开发板上只挂载了1个DS18B20，所以可以直接发送忽略ROM指令，不需要发送64位地址，节省时间。
四、编程
4.1 创建工程
复制上一份工程文件夹，修改名称为“14.数字温度传感器DS18B20”，进入项目文件夹，打开工程文件，删除main.c函数的内容。
4.2 main.c
void main()
{
int TEM;
uchar TEML;
uchar TEMH;
while(1)
{
DSinit(); // 初始化DS18B20
DSWriteByte(0xCC); // 发送忽略ROM指令
DSWriteByte(0x44); // 发送温度转换功能指令
// 上面3个步骤已经完成，再次操作需要再次进行3步
DSinit(); // 初始化DS18B20
DSWriteByte(0xCC); // 发送忽略ROM指令
DSWriteByte(0xBE); // 读取暂存器功能指令
TEML = DSReadByte(); // 读取1个字节(温度低位)
TEMH = DSReadByte(); // 读取1个字节(温度高位)
DSinit(); // 停止读取数据
TEM = TEMH;
TEM <<= 8;
TEM |= TEML;
TEM = TEM * 0.0625 * 10 + 0.5; // 扩大十倍并四舍五入
SEG_DIS3(TEM);
SEG_DIS(2, 22);
}
}
/**********************************************************************************/
/************************* DS18B20 *********************************************/
/**********************************************************************************/
// DS18B20初始化
bit DSinit()
{
bit i;
DS = 1;
_nop_();
DS = 0;
delay_us(73); // 11.95 + 6.5*x = 480,得x ≈ 73
DS = 1; // 释放总线
delay_us(8); // 等待60us, 11.95 + 6.5*x = 60,得x=8
i = DS;
delay_us(29); // 等待DS发送完存在信号，200us, 11.95+6.5*x=200,得x=29
DS = 1;
return (i);
}
// DS18B20写时序，写一个字节
void DSWriteByte(uchar DAT)
{
uchar i;
DS = 1;
for (i = 0; i < 8; i++)
{
DS = 0;
_nop_();
DS = DAT & 0x01;
DAT >>= 1;
delay_us(11); // 写0和写1都要求时长超过60us,11.95+6.5*x=80,->x=11
DS = 1; // 释放总线，等待下一次传输
_nop_();
}
DS = 1;
}
// DS18B20读一个字节
uchar DSReadByte()
{
uchar i;
uchar j;
uchar dat;
DS = 1;
for (i = 0; i < 8; i++)
{
DS = 0;
_nop_(); // 产生读时序
DS = 1; // 释放总线
delay5us(); // 延时一会儿
j = DS;
delay_us(10); // 延时等待这次数据DS18B20发送完全
DS = 1;
_nop_();
dat = (j << 7) | (dat >> 1); // 接收到的数据是从低位到高位，顺序调换一下
}
return (dat);
}
void delay_us(uchar us)
{
while(us--); // 进入需要11.95us，执行一次us--需要6.5us
}
delay_us的时间可以用debug功能查看 。本代码并未考虑温度为负的情况。根据温度寄存器的格式，高字节前5位都是符号位，所以可以判断高字节前5位的任何1位是否为1，为1则表示温度为负。再处理一下数码管显示部分，就可以实现负温度显示了。
注意负数是以补码的形式存储在内存中的，所以还要处理一下，还原温度值。关于负数如何以补码的形式存储，请自行查阅资料。为了验证自己的负数代码是否正确，可以注释掉从DS18B20读取数据的代码，然后自己手动给对应的变量赋值，编译下载看数码管是显示正常。
对于显示位数，也可以通过处理显示函数来实现，温度整数部分最大是3位，小数部分最大是4位，可以先判断温度是否为负，来决定是否显示负号，再判断百位，十位，个位是不是0，如果是0则不显示，位置可以用一个变量来判断，某个位有数字显示（非0），就显示完之后让这个变量自加，如果某个位是0，就不运行这个位的代码，从而能实现自动向左靠齐。个位判断完后，在个位显示代码里面要加上小数点，然后再处理剩下的小数部分。小数部分最多4位，如果想实现不显示小数最后的0，可以判断最后1位是否为0，为0则不显示，如果最后一位为0，再判断倒数第2位是否为0，如此连续判断4位小数，就可以实现去掉小数末尾的0
在显示全部整数和小数中，就没必要进行四舍五入了，直接显示原转换精度，把转换后的TEM乘以0.0625再乘以10000，这样就能去掉全部的小数，把小数转换成了一个整数，再送入数码管显示处理。
注意，由于DS18B20测温范围最大125℃，日常测温在10到40度之间，但是第二位的小数点是手动打上去的，实际变量的值要乘以10倍，也就是100到400，超过了uchar类型的范围，因此我修改了一下SEG_DIS3为
void SEG_DIS3(uint i)
{
SEG_DIS(1, i / 100);
SEG_DIS(2, i % 100 / 10);
SEG_DIS(3, i % 10);
}
只需要修改一下参数由uchar编程uint就行了。
如果想要修改成其他精度，可以参考
- 1.5 访问DS18B20的顺序
- 1.6 ROM指令
- 1.7 功能指令
这三个小节的内容。
DSinit(); // 初始化DS18B20
DSWriteByte(0xcc); // 发送跳跃ROM指令
DSWriteByte(0x4e); // 写暂存器指令
DSWriteByte(0x7f);
DSWriteByte(0xf7);
DSWriteByte(0x1f); // 配置工作在9位模式下
DSinit(); // 初始化DS18B20
DSWriteByte(0xcc); // 发送跳跃ROM指令
DSWriteByte(0x48); // 把温度上下限和精度设置存储到EEPROM中，下次上电自动读取
这些内容放在while循环的前面就行了，因为这些内容只需要执行一次，不需要一直在while循环里面重复执行，而且EEPROM有写入次数限制
4.3 main.h
写入函数声明和变量定义
/************** DS18B20函数 *************************/
bit DSinit(); // DS18B20初始化
void DSWriteByte(uchar DAT); // DS18B20写时序，写一个字节
uchar DSReadByte(); // DS18B20读一个字节
sbit DS = P2^2;
4.4 修改后的代码
void SEG_DIS(uchar position, uchar number)
{
//P0 = 0xFF;
DU = 0;
P0 = we[position - 1];
WE = 1;
WE = 0;
//P0 = 0x00;
P0 = du[number];
DU = 1;
DU = 0;
}
bit s; // 标志温度是否为负的变量
void main()
{
// 这些内容只需要执行一次即可，执行完可以注释掉
unsigned long TEM;
uchar TEML;
uchar TEMH;
uchar i;
//
// DSinit(); // 初始化DS18B20
// DSWriteByte(0xCC); // 发送忽略ROM指令
// DSWriteByte(0x4e); // 写暂存器指令
// DSWriteByte(0x1e); // 设置报警温度上限：30
// DSWriteByte(0x1d); // 设置报警温度下限：29
// DSWriteByte(0x7f); // 设置12位精度
//
// DSinit(); // 初始化DS18B20
// DSWriteByte(0xCC); // 发送忽略ROM指令
// DSWriteByte(0x48); // 拷贝暂存器数据到EEPROM实现掉电不丢失
// 循环部分
while(1)
{
DSinit(); // 初始化DS18B20
DSWriteByte(0xCC); // 发送忽略ROM指令
DSWriteByte(0x44); // 发送温度转换功能指令
// 上面3个步骤已经完成，再次操作需要再次进行3步
DSinit(); // 初始化DS18B20
DSWriteByte(0xCC); // 发送忽略ROM指令
DSWriteByte(0xBE); // 读取暂存器功能指令
TEML = DSReadByte(); // 读取1个字节(温度低位)
TEMH = DSReadByte(); // 读取1个字节(温度高位)
DSinit(); // 停止读取数据
TEM = TEMH;
TEM <<= 8;
TEM |= TEML;
if (TEMH & 0x80) // 符号位为1，说明温度小于0，需要根据补码求原码，显示负号
{
TEM = ~TEM + 1;
s = 1;
}
else
s = 0; // 温度为正数，不显示负号，标志位为0
TEM = TEM * 0.0625 * 10000; // 扩大10000倍,4位小数全部变成整数
i = 0;
// 符号位
if (s) SEG_DIS(++i, 20);
// 百位
if (TEM < 1000000);
else SEG_DIS(++i, TEM / 1000000 % 10);
// 十位
if (TEM < 100000);
else SEG_DIS(++i, TEM / 100000 % 10);
// 个位
SEG_DIS(++i, TEM / 10000 % 10);
delay(1); // 延时是因为个位显示比较暗
SEG_DIS(i, 22);
// 第一位小数
SEG_DIS(++i, TEM / 1000 % 10);
// 倒数第3位小数
if (TEM % 1000) SEG_DIS(++i, TEM / 100 % 10);
// 倒数第2位小数
if (TEM % 100) SEG_DIS(++i, TEM / 10 % 10);
// 最后1位小数
if (TEM % 10) SEG_DIS(++i, TEM % 10);
}
}
/**********************************************************************************/
/************************* DS18B20 *********************************************/
/**********************************************************************************/
// DS18B20初始化
bit DSinit()
{
bit i;
DS = 1;
_nop_();
DS = 0;
delay_us(73); // 11.95 + 6.5*x = 480,得x ≈ 73
DS = 1; // 释放总线
delay_us(8); // 等待60us, 11.95 + 6.5*x = 60,得x=8
i = DS;
delay_us(29); // 等待DS发送完存在信号，200us, 11.95+6.5*x=200,得x=29
DS = 1;
return (i);
}
// DS18B20写时序，写一个字节
void DSWriteByte(uchar DAT)
{
uchar i;
DS = 1;
for (i = 0; i < 8; i++)
{
DS = 0;
_nop_();
DS = DAT & 0x01;
DAT >>= 1;
delay_us(11); // 写0和写1都要求时长超过60us,11.95+6.5*x=80,->x=11
DS = 1; // 释放总线，等待下一次传输
_nop_();
}
DS = 1;
}
// DS18B20读一个字节
uchar DSReadByte()
{
uchar i;
uchar j;
uchar dat;
DS = 1;
for (i = 0; i < 8; i++)
{
DS = 0;
_nop_(); // 产生读时序
DS = 1; // 释放总线
delay5us(); // 延时一会儿
j = DS;
delay_us(10); // 延时等待这次数据DS18B20发送完全
DS = 1;
_nop_();
dat = (j << 7) | (dat >> 1);
}
return (dat); // 接收到的数据是从低位到高位，顺序调换一下
}
4.5 现象
位数会随温度变化而变化，要测试负数，可以自己赋值s=1
本次笔记对应视频教程的第40，,41集 数字温度传感器DS18B20（理论+实践），到此结束。
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下次笔记将对应视频教程的第42，43集 红外通讯（理论+实践）
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如果笔记之中有任何错误，请在评论区指出，谢谢
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