51单片机入门_江协科技_29~30_OB记录的自学笔记_DS18B20温度传感器

29. DS18B20温度传感器

  • 29.1. DS18B20介绍
    •DS18B20是一种常见的数字温度传感器，其控制命令和数据都是以数字信号的方式输入输出，相比较于模拟温度传感器，具有功能强大、硬件简单、易扩展、抗干扰性强等特点
    •测温范围：-55°C 到 +125°C
    •通信接口：1-Wire（单总线）
    •其它特征：可形成总线结构、内置温度报警功能、可寄生供电（2个供电引脚，1个数据引脚，一个数据线+一个GND也可以实现工作）
    •热敏电阻就是模拟温度传感器，通过AD采集芯片，将模拟的电压值转换为温度，需要AD转换读取温度；
    •DS18B20集成了上述所有模拟温度传感器和电路，以及AD转换，应用更简单；
    在这里插入图片描述

  • 29.2. 引脚及应用电路
    在这里插入图片描述

  • 29.3. 内部结构框图
    •PARASITE POWER CIRCUIT 寄生供电电路，可以省Vdd，如果用寄生供电，需要给Vpu给一个强上拉，以达到内部供电稳定，开发板不涉及这部分内容；
    •64-BIT ROM：作为器件地址，用于总线通信的寻址
    •SCRATCHPAD（暂存器RAM）：用于总线的数据交互
    •EEPROM：用于保存温度触发阈值和配置参数
    •TEMPERATURE SENSOR温度传感器
    •ALARM HIGH TRIGGER高温报警
    •ALARM LOW TRIGGER低温报警
    •CONFIGURATION REGISTER配置寄存器，掉电不丢失，精度修改等
    •8BIT CRC GENERATOR校验码生成器

在这里插入图片描述

  • 29.4. 存储器结构
    • 下图与上图对应

在这里插入图片描述

  • 29.5. 单总线介绍
    •单总线（1-Wire BUS）是由Dallas公司开发的一种通用数据总线
    •一根通信线：DQ
    •异步、半双工
    •单总线只需要一根通信线即可实现数据的双向传输，当采用寄生供电时，还可以省去设备的VDD线路，此时，供电加通信只需要DQ和GND两根线
    •以下照片是单总线的传感器，右侧为温湿度传感器；
    在这里插入图片描述

  • 29.6. 单总线电路规范
    •设备的DQ均要配置成开漏输出模式，根据经验判断，同I2C
    •DQ添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右，同I2C
    •若此总线的从机采取寄生供电，则主机还应配一个强上拉输出电路
    在这里插入图片描述

  • 29.7. 单总线时序结构
    •初始化：主机将总线拉低至少480us，然后释放总线，等待1560us后，存在的从机会拉低总线60240us以响应主机，之后从机将释放总线
    •黑色粗线表示主机将总线拉低的时间480us，弯曲的细黑线表示电阻弱上拉，表示拉高有时间的，不是立即拉高，浅灰色表示从机拉低；
    •在从机拉低的时候需要读取拉低的状态，判断从机响应；
    在这里插入图片描述

  • 29.8. 单总线时序结构
    •发送一位：主机将总线拉低60120us，然后释放总线，表示发送0；主机将总线拉低115us，然后释放总线，表示发送1。从机将在总线拉低30us后（典型值）读取电平，整个时间片应大于60us
    在这里插入图片描述

  • 29.9. 单总线时序结构
    •接收一位：主机将总线拉低1~15us，然后释放总线，并在拉低后15us内读取总线电平（尽量贴近15us的末尾），读取为低电平则为接收0，读取为高电平则为接收1 ，整个时间片应大于60us
    在这里插入图片描述

  • 29.10. 单总线时序结构
    在这里插入图片描述

  • I2C总线高位在前；

  • 29.11. DS18B20操作流程
    •初始化：从机复位，主机判断从机是否响应
    •ROM操作：ROM指令+本指令需要的读写操作
    •功能操作：功能指令+本指令需要的读写操作

ROM指令功能指令
SEARCH ROM [F0h]CONVERT T [44h]
READ ROM [33h]WRITE SCRATCHPAD [4Eh]
MATCH ROM [55h]READ SCRATCHPAD [BEh]
SKIP ROM [CCh]COPY SCRATCHPAD [48h]
ALARM SEARCH [ECh]RECALL E2 [B8h]
READ POWER SUPPLY [B4h]

  • 29.12. DS18B20数据帧
    在这里插入图片描述

  • 29.13. 温度存储格式
    在这里插入图片描述

30. DS18B20温度读取&温度报警器

  • 30.1. Proteus中建立仿真环境（依旧基于之前的版本基础上改为2.11版）
    在元器件库中搜索DS18B20并加入到图纸中，DQ接P37口与开发板一致
    在这里插入图片描述

    此处的开关需要拨动到ON，因为需要LCD1602进行温度显示；
    在这里插入图片描述

  • 30.2. 大体的编程思路
    需要写2个模块，一个OneWire单总线模块；
    单总线模块包括初始化，写一个位，读一个位，写一个字节，读一个字节
    一个DS18B20模块；
    包括温度转换模块，温度读取模块

  • 30.3. OneWire.c单总线模块程序如下：

#include <REGX52.H>

sbit OneWire_DQ=P3^7;
/*温度初始化*/
unsigned char OneWire_Init()
{	
	unsigned char i,AckBit;
	OneWire_DQ=1;				//不确定DQ状态，所以先拉高
	OneWire_DQ=0;				//再拉低DQ
	i = 247;while (--i);		//delay 500us
	OneWire_DQ=1;
	i = 32;while (--i);		    //delay 70us
	AckBit=OneWire_DQ;
	i = 247;while (--i);		//delay 500us
	return AckBit;				//返回AckBit，初始化结束
}
/*发送一位*/
void OneWire_SendBit(unsigned char Bit)	//发送一位数据，省去if判断
{
	unsigned char i;
	OneWire_DQ=0;
	i = 4;while (--i);		//delay 10us，数据源自STC ISP
	OneWire_DQ=Bit;
	i = 24;while (--i);		//delay 50us
	OneWire_DQ=1;			//上述所有delay时间合计60us
}
/*读取或接收一位*/
unsigned char OneWire_ReceiveBit(void)	//接收一位数据
{
	unsigned char i;
	unsigned char Bit;
	OneWire_DQ=0;
	i = 2;while (--i);		//delay 5us
	OneWire_DQ=1;
	i = 2;while (--i);		//delay 5us
	Bit=OneWire_DQ;			//采样
	i = 24;while (--i);		//delay 50us
	return Bit;				//上述所有delay时间合计60us
}
/*发送一个字节*/
void OneWire_SendByte(unsigned char Byte)	//发送一个字节
{
	unsigned char i;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		OneWire_SendBit(Byte&(0x01<<i));
	}
}
/*读取或接收一个字节*/
unsigned char OneWire_ReceiveByte(void)	//接收一个字节
{
	unsigned char i;
	unsigned char Byte=0x00;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		if(OneWire_ReceiveBit()){Byte|=(0x01<<i);}
	}
	return Byte;
}

OneWire.h单总线程序如下

#ifndef _ONEWIRE_H_  
#define _ONEWIRE_H_  

unsigned char OneWire_Init(void);			//单总线初始化
void OneWire_SendBit(unsigned char Bit);	//发送一位数据，省去if判断
unsigned char OneWire_ReceiveBit(void);	//接收一位数据
void OneWire_SendByte(unsigned char Byte);	//发送一个字节
unsigned char OneWire_ReceiveByte(void);	//接收一个字节

#endif
  • 30.4. DS18B20.c与DS18B20.h程序：
#include <REGX52.H>
#include "OneWire.h"
#include "LCD1602.h"

#define DS18B20_SKIP_ROM 	0xcc		//跳过ROM地址
#define DS18B20_CONVERT_T	0x44		//温度转换地址
#define DS18B20_READ_SCRATCHPAD	0xbe	//温度暂存器地址

/*温度转换*/
void DS18B20_ConvertT()
{
	OneWire_Init();
	OneWire_SendByte(DS18B20_SKIP_ROM);
	OneWire_SendByte(DS18B20_CONVERT_T);
}

/*温度读取*/
float DS18B20_ReadT(void)
{
	unsigned char TLSB,TMSB;
	int Temp;
	float T;
	OneWire_Init();
	OneWire_SendByte(DS18B20_SKIP_ROM);
	OneWire_SendByte(DS18B20_READ_SCRATCHPAD);
	TLSB=OneWire_ReceiveByte();			//下限温度
	TMSB=OneWire_ReceiveByte();			//上限温度
	LCD_ShowBinNum(1,1,TMSB,8);			//测试用
	LCD_ShowBinNum(1,9,TLSB,8);			//测试用
	Temp=(TMSB<<8)|TLSB;				//高低8位合并
	T=Temp/16.0;
	return T;
}

#ifndef _DS18B20_H_  
#define _DS18B20_H_  

void DS18B20_ConvertT(void);
float DS18B20_ReadT(void);

#endif

主程序main.c为：

#include <REGX52.h>
#include "LCD1602.h"
#include "delay_xms.h"
#include "DS18B20.h"

float T;

void main()
{
	DS18B20_ConvertT();		//先转化温度
	delay_xms(1000);		//延时1s，防止第一次出现默认值，给读取温度留时间
	LCD_Init();
	LCD_ShowString(1,1,"Temperature:");

	while(1)
	{
		DS18B20_ConvertT();
		T=DS18B20_ReadT();
		if(T<0)						//负数温度显示
		{
			LCD_ShowChar(2,1,'-');
			T=-T;
		}
		else						//正数温度显示
		{
			LCD_ShowChar(2,1,'+');
		}
		LCD_ShowNum(2,2,T,3);
		LCD_ShowChar(2,5,'.');
		LCD_ShowNum(2,6,(unsigned long)(T*10000)%10000,4);
	}
	
}

Proteus测试没有问题
在这里插入图片描述

  • 30.5. 需要在上述程序基础上衍生一个程序，要求如下

    • 可以设定最高&最低温度，温度的上下限；
    • 需用用独立按键对最高和最低温度的上下限进行调节；
    • S1温度上限提高
    • S2温度上限降低
    • S3温度下限提高
    • S4温度下限降低
    • 当温度超过上限时，LCD1602右上角显示OV:H
    • 当温度低于下线时，LCD1602右上角显示OV:L
    • 当温度在设定上下限温度中间位置，显示OV：
    • 温度的上下限不超过传感器测温范围-40~125摄氏度
    • 同时应考虑独立按键的扫描使用之前修改的中断扫描方式，同时在单总线操作的时候应关闭中断（否则中断干扰了单总线数据传输），温度出错；
    • 独立按键用delay扫描同样的问题；
    • 上下限温度判断涉及逻辑判断，首先是上限温度高于125，则一直置于125，下限低于-40，则置于-40，如果上限温度低于等于下限温度，则上限温度不可减小了，对于下限温度反之一样；
    • 总结：中断扫描用于按键这种实际要求精度不高的场合可以应用，如果是秒表的计时中断+按键中断扫描会影响计时精度，需要注意；
    • 设定好的上下限温度存储于AT24C02中，开机直接调取；

  • 30.6. 基于上述判断，主程序如下：

#include <REGX52.h>
#include "DS18B20.h"
#include "LCD1602.h"
#include "delay_xms.h"
#include "AT24C02.h"
#include "Key.h"
#include "Timer0.h"

float T,TShow;
char TLow,THigh;
unsigned char KeyNum;

void main()
{
	DS18B20_ConvertT();
	delay_xms(1000);
	THigh=AT24C02_ReadByte(0);
	TLow=AT24C02_ReadByte(1);
	if(THigh>125 || TLow<-55 || THigh<=TLow)
	{
		THigh=20;
		TLow=15;
	}
	LCD_Init();
	LCD_ShowString(1,1,"T:");
	LCD_ShowString(2,1,"TH:");
	LCD_ShowString(2,9,"TL:");
	Timer0_Init();
	while(1)
	{
		KeyNum=Key();
		/*温度读取及显示*/
		DS18B20_ConvertT();
		T=DS18B20_ReadT();
		if(T<0)
		{
			LCD_ShowChar(1,3,'-');
			TShow=-T;
		}
		else
		{
			LCD_ShowChar(1,3,'+');
			TShow=T;		//如果没有这句开机温度为零，TShow没赋值
		}
		LCD_ShowNum(1,4,TShow,3);
		LCD_ShowChar(1,7,'.');
		LCD_ShowNum(1,8,(unsigned long)(TShow*100)%100,2);
		/*阈值判断及显示*/
		if(KeyNum)
		{
			if(KeyNum==1)
			{
				THigh++;
				if(THigh>125){THigh=125;}
			}
			if(KeyNum==2)
			{
				THigh--;
				if(THigh<=TLow){THigh++;}
			}
			if(KeyNum==3)
			{
				TLow++;
				if(TLow>=THigh){TLow--;}
			}
			if(KeyNum==4)
			{
				TLow--;
				if(TLow<-55){THigh=-55;}
			}		
		}

		LCD_ShowSignedNum(2,4,THigh,3);
		LCD_ShowSignedNum(2,12,TLow,3);
		AT24C02_WriteByte(0,THigh);
		delay_xms(5);
		AT24C02_WriteByte(1,TLow);
		delay_xms(5);
		/*OVH,OVL显示*/
		if(T>THigh)
			{
				LCD_ShowString(1,13,"OV:H");
			}
			else if(T<TLow) //注意T<TLow负数情况出问题
			{
				LCD_ShowString(1,13,"OV:L");
			}
			else
			{
				LCD_ShowString(1,13,"OV: ");
			}
	}
}

/*会打断主循环的延时进程*/
void Timer0_Routine() interrupt 1
{
	static unsigned int T0Count;
	TL0 = 0x18;		//设置定时初值
	TH0 = 0xFC;		//设置定时初值
	T0Count++;
	if(T0Count>=20)	//定时器扫描按键还行，秒表的话会受影响，单总线的问题
	{
		T0Count=0;
		Key_Loop();
	}
}

  • 需要调用的函数如左侧图片，同时其他函数模块参考之前项目
    在这里插入图片描述

  • proteus测试如下
    在这里插入图片描述
    Proteus文件百度网盘分享：
    链接：https://pan.baidu.com/s/1Brq-m9xH_PJgocxsRE5mPw
    提取码：6666

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