蓝桥杯单片机设计与开发⑩ --- DS18B20温度传感器

DS18B20可以直接读取数字的温度值。温度传感器的精度为用户可编程的9、10、11或12位，分别为0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃增量增加。默认上电精度为12位。也就是说温度每变化0.0625度，二进制数字变化1。转换精度由配置寄存器决定，如下：（R1R0出厂默认11） DS18B当需要进行温度测量和AD转换时，必须发出总线控制器[44h]命令，启动温度转换，即Write18b20(0x44)。转换后，以两个字节的形式存储产生的温度数据 高速暂存器 在温度寄存器中(先低后高)，DS18b20继续等待。

DS18B20温度数据格式如下，转换后获得12位数据，存储在DS18B20的两个8位的RAM中。MSB高字节存储在里面，LSB低字节存储在里面。 高字节的前五位是符号位。如果测量温度大于0，则为0，只要测量值乘以0.0625可获得实际温度；若温度小于0，则为1，测得的值需要先减1，然后乘以0.0625实际温度际温度。

当我们只挂一个DS18B20点，只需要写一篇关于ROM的指令，即Write18b20(0xcc);。

① 初始化 类似于I2C的寻址，1-Wire在总线开始时，有必要检查这条总线是否存在DS18B20.如果存在，总线将按时间顺序返回低电平；如果没有，则不返回，即总线将保持高电平。该过程称为脉冲检测。 获取存在脉冲有两个作用：①检测是否存在DS18B20 ②通过此过程通知DS18B准备20，单片机要操作。

脉冲检测的时序图如下： 整个过程描述如下：

①单片机拉下引脚，持续480~960us (以持续500us为例) ②单片机释放总线，即提高电平。 ③15 ~60us后，如果DS18B当这个装置存在时，它会主动降低引脚，返回低脉冲(为了确保读到这个脉冲，选择延迟60us,但不能超过75us） ④持续60 ~240us后，DS18B20释放总线，I0端口被上拉电阻拉高。

对应程序如下：

void Delayus(uint us)  //@11.0592MHz { 
          do{ 
           _nop_();
		_nop_();
		_nop_();
	  }while(us--);
} 
bit Init_18b20()
{ 
        
	bit initflag;
	EA = 0;				//关闭总中断
	DQ = 0;				//读写之前都要将该引脚拉低
	Delayus(500);		//延时500us
	DQ = 1;
	Delayus(60);		//延时60us
	initflag = DQ; 		//读取存在脉冲，0存在，1不存在
	while(!DQ);			//等待存在脉冲结束，即DQ = 1
	EA = 1;				//打开总中断
	return initflag;	
}
	

注：需要说明的是，DS18B20对时序的要求非常严格，所以在开始对某一位操作前要先关闭中断，防止中途受到干扰。但是位与位之间的间隔是可以无穷大的，完全可以在完成一位的操作之后，去干别的事情，结束之后再回来操作下一位。

② ROM操作指令 一条总线上只接一个器件的情况，此时只需要直接跳过ROM，不进行ROM检测。用到的语句如下：

Write18b20(0xcc);//跳过ROM操作

③ RAM操作指令 常用到的两条如下：

Write18b20(0x44);//启动一次温度转换

Write18b20(0xbe);//发送读指令

④ DS18B20读\写时序 写数据 过程描述如下：在给DS18b20写数据之前，单片机要先把引脚拉低，持续一段时间（2us）,而后DS18b20会在60us之内读完这位数据。然后释放总线（拉高引脚） 代码如下：

//向DS18B20写入一个字节，dat为带写入字节
void Write_18b20(u8 dat)
{ 
        
	u8 i;
	EA = 0;
	for(i=0;i<8;i++)
	{ 
        
		DQ = 0;
		Delayus(2);//产生2us的低电平脉冲
		DQ = dat & 0x01; //先读取低位
		Delayus(60);
		dat >>= 1; //右移一位，准备写入下一位
		DQ = 1;		
	}
	EA = 1;
}

读数据 过程描述如下：在读取DS18B20数据之前，单片机首先要拉低这个引脚，并且至少保持1us。而后释放这个引脚（拉高电平），尽快读取。从拉低这个引脚到读取不能超过15us。再延时60us，确保读取完毕。

//从DS18B20读取一个字节，返回值为读到的字节
u8 Read_18b20()
{ 
        
	u8 i,dat;
	EA = 0;
	for(i=0;i<8;i++)
	{ 
        
		DQ = 0;
		Delayus(2);
		DQ = 1;
		Delayus(2);
		dat >>= 1;
		if(DQ)
			dat |= 0x80;//先读的是低位，依次右移
		Delayus(60);
	}
	EA = 1;
	return dat;
}

main.c

#include "sys.h"
#include "18b20.h"
bit GET_TEMP_FLAG;
void main()
{ 
        
	int Temp = 0;				      		    //读取当前的温度值
	//int Temp_int = 999, Temp_dec = 999; //温度值的整数和小数部分

	ALL_Init();
	Timer0Init();
	while(1)
	{ 
        
		
		if(GET_TEMP_FLAG)
		{ 
        
			GET_TEMP_FLAG = 0;
			if(Start_18b20())
			{ 
        	//放大10倍 让数码管显示小数点后一位
				Temp = Temp_Get()*0.0625*10+0.5;	//+0.5 --> 4舍5入
			// Temp_int = Temp >> 4; //分离出温度值整数部分
			// Temp_dec = Temp & 0xF; //分离出温度值小数部分
			// Temp_dec = Temp_dec * (10000 / 16); //二进制小数部分转换为4位十进制 
			}
		}
		Nixie_Drive(Temp);		
	}
}

18b20.c

#include "sys.h"
#include "18b20.h"

extern uchar smg1;
void Delayus(uint us)		//@11.0592MHz
{ 
        
	do{ 
        
		_nop_();
		_nop_();
		_nop_();
	  }while(us--);
} 
bit Init_18b20()
{ 
        
	bit initflag;
	EA = 0;//关闭总中断
	DQ = 0;//读写之前都要将该引脚拉低
	Delayus(500);//延时500us
	DQ = 1;
	Delayus(60);//延时60us
	initflag = DQ; //读取存在脉冲，0存在，1不存在
	while(!DQ);//等待存在脉冲结束，即DQ = 1
	EA = 1;//打开总中断
	return initflag;	
}
		 
//向DS18B20写入一个字节，dat为带写入字节
void Write_18b20(u8 dat)
{ 
        
	u8 i;
	EA = 0;
	for(i=0;i<8;i++)
	{ 
        
		DQ = 0;
		Delayus(2);//产生2us的低电平脉冲
		DQ = dat & 0x01; //先读取低位
		Delayus(60);
		dat >>= 1; //右移一位，准备写入下一位
		DQ = 1;		
	}
	EA = 1;
}

//从DS18B20读取一个字节，返回值为读到的字节
u8 Read_18b20()
{ 
        
	u8 i,dat;
	EA = 0;
	for(i=0;i<8;i++)
	{ 
        
		DQ = 0;
		Delayus(2);
		DQ = 1;
		Delayus(2);
		dat >>= 1;
		if(DQ)
			dat |= 0x80;//先读的是低位，依次右移
		Delayus(60);
	}
	EA = 1;
	return dat;
}

bit Start_18b20()
{ 
        
	bit ack;
	ack = Init_18b20();//执行总线复位，获取18b20的应答
	if(ack == 0)//如果18b20应答，启动一次转换
	{ 
        
		Write_18b20(0xcc);//跳过RAM操作
		Write_18b20(0x44);//启动一次温度转换
	}
	return ~ack; //ack == 0 表示操作成功，返回值对其取反
	
}

int Temp_Get()
{ 
        
	bit ack;
	u8 LSB,MSB;
	u16 temp;
	ack = Init_18b20();//执行总线复位，获取18b20的应答
	if(ack == 0)
	{ 
        
		uchar check;
		Write_18b20(0xcc);
		Write_18b20(0xbe);
		LSB = Read_18b20();
		//MSB的3~7这5位为符号位，当5位都为0时为正温度 都为1时为负温度
		MSB = Read_18b20();
		
		//MSB = 0xfc; // -55℃ 负温度检验代码
		//LSB = 0x90;
		//检测正负温度
		check = MSB; 
		temp = ((int) MSB << 8) + LSB;	//合成16bit的整数
		//当check大于等于0x08时，说明采集到的数据为负温度值
		//负数是以补码的形式存在内存中，要求：原码 = 补码取反 + 1 
		if(check >= 0x08)
		{ 
        
			temp = ~temp + 1;
			smg1 = 1; //数码管1显示 - 符号
		}else
			smg1= 0;  //数码管1不显示任何
	}
	return temp;
}

nixie.c

#include "sys.h"


					// 0 1 2 3 4 5 6 7
uchar code nixie[] = { 
        0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,
				    // 8 9 a b c d e f u
					  0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xc1};	//共阳数码管码字

uchar NixieBuff[] = { 
        0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff};

uchar smg1,smg2,smg3,smg4,smg5,smg6,smg7,smg8;
uchar code Symbol[] = { 
        0xff,0xbf};	//全灭，-


void Nixie_Scan()
{ 
        
	static uchar index;
	HC138_Set(7);
	P0 = 0xff;//消影
	HC138_Set(6);
	P0 = 0x01<<index;
	HC138_Set(7);
	P0 = NixieBuff[index];
	HC138_Set(0);
	
	index++;
	index &= 0x07;
}

void Nixie_Show()
{ 
        
	NixieBuff[0] = Symbol[smg1];
	NixieBuff[1] = nixie[smg2];
	NixieBuff[2] = nixie[smg3]&0x7f;
	NixieBuff[3] = nixie[smg4];
	NixieBuff[4] = nixie[smg5];
	NixieBuff[5] = Symbol[smg6];
	NixieBuff[6] = Symbol[smg7];
	NixieBuff[7] = Symbol[smg8];
	
}

void Nixie_Drive(u16 dat)
{ 
        
	smg2 = dat/100;
	smg3 = dat%100/10;
	smg4 = dat%10;
	smg5 = 12;
	smg6 = smg7 = smg8 = 0;
}

sys.c