单总线接口DS18B20温度传感器

   在单片机与器件的有线通信中,并行最简单了,比方说1602液晶屏。但是代价就是连线多,占用单片机较多的IO口。一般的话,都是使用串行通信方式,其中有UART、SPI、IIC,还有一个我一直以来都比较头疼的达拉斯公司(现被美信收购)的单总线。单总线,故名思意,就是用1条连线进行通信,比起两条线的IIC(时钟线、数据线),单总线在操作上比较困难,对于时序要求比较高。没有了时钟线的帮助,它依靠电平持续时间判断信号,操作难度可想而知。

         在这之前,个人曾经购买过两个价格不菲(主要是价格贵,传感器又是小得不起眼)的DS18B20。这两块都在我手上经过了相同的经历:起初用用还行,勉强能够用单片机驱动,可以读出温度值来。一段时间没有用过后,重新拿出来后就出现各色各样的问题(要不就原来的程序压根驱动不了,要不就是有温度,当是读出来的温度是芯片内部默认的85度)。就这样子,毁掉了。所以,对于单总线,我有一种莫名的恐惧。

         不过现在,被我花了大半天时间,从阅读手册开始,重新开始掌握单总线的编程。当然,也花了几个钟头调试(在protues上面仿真),结果,是看到了成功。现在将其中的一点点心得记载下来。

        DS18B20的硬件连接就不多说了,分为外部电源供电与寄生电源供电方式。

其内部方框图如下图,64位的ROM(只读),可以理解为DS18B20的ID。一个暂存器(掉电丢失数据)有8byte:从低字节开始是温度传感器的低字节、高字节、上限触发(用于设置温度报警上限)、下限触发、配置寄存器(用于设置温度传感器转化位数,默认12位)、(3字节保留位)、CRC。另外有一个EEPROM(掉电不丢失数据),用来保存暂存器相应的上限触发、下限触发、配置寄存器、CRC。

                       

现在,我们需要跟传感器通信,通信的话一般先要先要有一个初始化,所谓初始化,说白了就是问一下DS18B20在不在,然后,如果DS18B20还“活“着的话,它会给你回话,当然这里的回话很简单,把原来高电平拉至低电平。(跟IIC差不多,平常状态是高电平,低电平的话就是非常态)

初始化的时序如下图:

 

仔细看这张图就知道,主控器先将电平拉低,最少拉低480us,然后将总线释放掉(回到高电平)。然后,DS18B20为了表示存在,会在60-240us这段时间之间把总线拉低。这样,你可以在将总线释放掉后大约70us时候,读取一下总线电平状态,就可以知道了。

打完了招呼之后,就需要聊天。没错,就是向其发送命令或者数据。但你得知道怎么在一条总线上发一位数据。

 

上图就是单片机向总线发送1位数据的时序图。先拉低总线(持续时间要大于1us),然后在15us之内,你要发送你的电平(如果是高电平,释放掉总线;如果是低电平,就持续拉低电平),在接下来的45us之内,DS18B20会采样总线电平值。最后你还要把总线释放掉,便会常态。通常需要一次发个8bit,在每比特之间,要记得至少有1us的延时,当然,延时没上限。

学会了发送数据,也要学会接受数据。

 

从总线上面接受数据也跟发送数据一样,仔细看时序图,就可以解决了。

通常,我们会写成发一个字节的函数(而不是一比特)。有了通信的手段,再去看看通信的内容。就像人类可以看懂a,b,c一样,DS18B20可以看懂的就比较少,而且你得按照规则发送,不然它也看不懂。

在数据手册上,分为ROM指令:包括MATCH ROM[0x55]、SKIP ROM[0xCC]等。当然SKIP ROM这几个单词是给人类看的,真正发送给DS18B20的是0xcc(十六进制)。还有功能指令:包括CONVERT T[0x44]等。

总结来看,你得这样跟DS18B20交流:

步骤1:初始化(打招呼)

步骤2:ROM操作指令(就是发送指令)

步骤3:DS18B20功能指令(还是发送指令)

当然,可能需要读取温度数据,就跟在发送完读取指令之后。需要提醒一下:各个步骤之间不必没有空隙,而是需要有个延时(总线一直处于高电平),这个延时很长也不要紧,就是不要太短,不然的话,DS18B20就工作不正常。

 

下面贴出我写的代码:

头文件部分:(通常头文件写常数、变量、宏定义、函数原型,C文件写函数实体)

 

#ifndef __hal_ds18b20_h__

#define __hal_ds18b20_h__

 

#include<reg52.h>

#include"datatype.h"

#include"hal.h"

#include"delay.h"

 

sbit dq=P1^2;

 

#define DQ dq

 

//DS18B20 ROM指令

#define SEARCH_ROM 0xf0

#define READ_ROM 0x33

#define MATH_ROM 0x55

#define SKIP_ROM 0xcc//使用该指令跳过ROM指令

#define ALARM_SEARCH 0xec

 

//DS18B20 功能指令

#define CONVERT_T 0x44//使用该指令开始转换温度

#define WRITE_SCRATCHPAD 0x4e

#define READ_SCRATCHPAD 0xbe//使用该指令读取温度值

#define COPY_SCRATCHPAD 0x48

#define RECALL_E2 0xb8

#define READ_POWER_SUPPLY 0xb4

 

 

bit hal_ds18b20_init();

void hal_ds18b20_bit_write(bit val);

bit hal_ds18b20_bit_read();

void hal_ds18b20_byte_write(uchar val);

uchar hal_ds18b20_byte_read();

uint hal_ds18b20_get_temp(bit length,uchar * flag);

 

#endif

 

 

C文件部分:

 

#include"hal_ds18b20.h"

 

//返回1:表示初始化成功

bit hal_ds18b20_init()

{

         //DQ高电平

         DQ=0;//先拉低

         delay_480us();//等待480us

         DQ=1;//再释放总线,进入等待状态

         delay_70us();//等待70us

         return !DQ;

        //延时一段时间后,DQ高电平

}

 

void hal_ds18b20_bit_write(bit val)

{

         //DQ高电平

         DQ=0;//拉低

         delay_8us();//延时8us

         if(val)

         {

                   DQ=1;//写1的话,需要在15us之内拉高

         }

         //如果写0,则DQ依旧是低电平

         delay_52us();

         DQ=1;//经过60us,然后释放总线

         //DQ高电平

}

 

bit hal_ds18b20_bit_read()

{

         bit tmp=0;

         //DQ高电平

         DQ=0;

         _nop_();_nop_();//拉低电平2us

         DQ=1;//释放总线

         delay_10us();//时间到此有12us

         tmp=DQ;//对总线进行采样

         delay_48us();//时间到此有60us

         return tmp;

         //此时,DQ被ds18b20释放

         //DQ高电平

}

 

//单总线要求从最低有效位开始传送

void hal_ds18b20_byte_write(uchar val)

{

         uchar i;

         for(i=0;i<8;i++)

         { 

                   _nop_();_nop_();//每传送一位,期间至少间隔1us

                   if(val&(0x01<<i))

                            hal_ds18b20_bit_write(1);

                   else

                            hal_ds18b20_bit_write(0);

         }       

}

 

uchar hal_ds18b20_byte_read()

{

         uchar tmp=0,i;

         for(i=0;i<8;i++)

         {

                   _nop_();_nop_();//每传送一位,期间至少间隔1us

                   if(hal_ds18b20_bit_read())

                            tmp=tmp|(0x01<<i);

         }

         return tmp;

}

 

//参数length=0:返回精确度为1位小数,此时返回值扩大了10倍

//参数length=1:返回精确度为2位小数,此时返回值扩大了100倍

//参数*flag,只是作为温度正负值标志传出用。0:正;1:负

//注意接收返回值变量需要是int型的

uint hal_ds18b20_get_temp(bit length,uchar * flag)

{

         uint val=0;

         uchar tmp1,tmp2;

         while(!hal_ds18b20_init())

                   DELAY_500MS();

         delay_ms(1);//发指令期间延时比较重要

         hal_ds18b20_byte_write(SKIP_ROM);

         delay_ms(1);

         hal_ds18b20_byte_write(CONVERT_T);

         DELAY_1S();//12bit精度情况下,需要750ms转换温度时间

         while(!hal_ds18b20_init())

                   DELAY_500MS();

         delay_ms(1);

         hal_ds18b20_byte_write(SKIP_ROM);

         delay_ms(1);

         hal_ds18b20_byte_write(READ_SCRATCHPAD);

         delay_ms(1);

         tmp1=hal_ds18b20_byte_read();//一共可以读取9字节

         tmp2=hal_ds18b20_byte_read();//这里来只读取前两个字节,温度值

         //tmp1低字节         tmp2高字节

         *flag=(tmp2&0x80)?1:0;//传回温度正负

         val=tmp1|tmp2<<8;//组成16位

         if(*flag)//温度值是负数,需要取反加一

                   val=(~val)+1;

         //按照12bit测温精度来算,扩大了100倍

         return ((uint)(val*6.25+(length?0.5:50)))/(length?1:10);

}

posted @ 2013-02-01 15:44  灰色的鱼  阅读(4875)  评论(0编辑  收藏  举报