C51学习归纳10 --- 单总线通信协议、DS18B20

        通信协议是最重要的，我们之前学习了I2C通信协议，这一节我们学习一下新的通信协议，单总线通信。

一、开发板原理图

        可以看出直接由P3_7口控制，但是遵循单总线协议。

        单总线的电路要求

         现在介绍单总线的通信协议细节：

        1、Init初始化

         初始化：主机将总线拉低至少480us，然后释放总线，等待15~60us后，存在的从机会拉低总线60~240us以响应主机，之后从机将释放总线。

        2、发送一个位

         发送一位：主机将总线拉低60~120us，然后释放总线，表示发送0；主机将总线拉低1~15us，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。

        3、接收一位

         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60u

        4、发送、接收一位的功能。连续调用8次就好了

        DS18B20的使用：温度变换：初始化→跳过ROM（因为本节只有一个设备） →开始温度变换

        温度读取：初始化→跳过ROM（因为本节只有一个设备） →读暂存器→连续的读操作

         以下是ROM指令，功能指令

        ROM指令，在只有一个设备的时候直接使用SKIP就好，如果有多个，可以使用MATCH，搜索从机。

        功能指令：1、CONBERT T：执行温度变换操作，读取温度值放在寄存器中。2、对寄存器写WRITE：这里写入的是温度上限、下限、分辨率。3、读取寄存器READ：将寄存器中的温度值读出来。4、COPY ：从机将寄存器中主机写入的上下限、精度，存储在DS18B20的E2PROM中。5、RECALL E2P：把从机的E2PROM读取到寄存器中。6、READ POWER SUPLY：判读寄生供电、还是独立供电。

二、简单的温度读取显示

        先按照原理，编写单总线的代码：

#include <REGX52.H>

//引脚定义
sbit OneWire_DQ=P3^7;

/**
  * @brief  单总线初始化
  * @param  无
  * @retval 从机响应位，0为响应，1为未响应
  */
unsigned char OneWire_Init(void)
{
	unsigned char i;
	unsigned char AckBit;
	OneWire_DQ=1;
	OneWire_DQ=0;
	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;
}

/**
  * @brief  单总线发送一位
  * @param  Bit 要发送的位
  * @retval 无
  */
void OneWire_SendBit(unsigned char Bit)
{
	unsigned char i;
	OneWire_DQ=0;
	i = 4;while (--i);			//Delay 10us
	OneWire_DQ=Bit;
	i = 24;while (--i);			//Delay 50us
	OneWire_DQ=1;
}

/**
  * @brief  单总线接收一位
  * @param  无
  * @retval 读取的位
  */
unsigned char OneWire_ReceiveBit(void)
{
	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;
	i = 24;while (--i);			//Delay 50us
	return Bit;
}

/**
  * @brief  单总线发送一个字节
  * @param  Byte 要发送的字节
  * @retval 无
  */
void OneWire_SendByte(unsigned char Byte)
{
	unsigned char i;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		OneWire_SendBit(Byte&(0x01<<i));
	}
}

/**
  * @brief  单总线接收一个字节
  * @param  无
  * @retval 接收的一个字节
  */
unsigned char OneWire_ReceiveByte(void)
{
	unsigned char i;
	unsigned char Byte=0x00;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		if(OneWire_ReceiveBit()){Byte|=(0x01<<i);}
	}
	return Byte;
}

        这里的代码，需要结合前面的原理图进行理解，其实并不难，主要是学会如何表达流程与逻辑。上面代码，应该多多理解，因为不是简单的使用逻辑判断，而是使用更合适的方法，收发0，1写在了一起。

        注意这里先发出的是低位。所以收的时候也是从低位开始收的。

        其中延时500us不能直接使用以前的DELAY函数，我们现在用STC-ISP自动生成。代码中我们偷懒了，没有全部使用，大致忽略了5us。

        写完了底层的通信协议，我们借助通信协议去书写我们的DS18B02的函数。

#include <REGX52.H>
#include "OneWire.h"

//DS18B20指令
#define DS18B20_SKIP_ROM			0xCC
#define DS18B20_CONVERT_T			0x44
#define DS18B20_READ_SCRATCHPAD 	0xBE

/**
  * @brief  DS18B20开始温度变换
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void DS18B20_ConvertT(void)
{
	OneWire_Init();
	OneWire_SendByte(DS18B20_SKIP_ROM);
	OneWire_SendByte(DS18B20_CONVERT_T);
}

/**
  * @brief  DS18B20读取温度
  * @param  无
  * @retval 温度数值
  */
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();
	TMSB=OneWire_ReceiveByte();
	Temp=(TMSB<<8)|TLSB;
	T=Temp/16.0;
	return T;
}

         这里的功能就是前面讲的，初始化，跳过ROM，然后发送指令。因为温度信息在前两位，所以连读两次。

        因为表示的是一个小数，存储的最低为不是2^0，而是2^-4，所以相当于我们读进来的数，大了16倍。所以最后除以16.0，必须是点0，才能得到浮点数。

#include <REGX52.H>
#include "LCD1602.h"
#include "DS18B20.h"
#include "Delay.h"

float T;

void main()
{
	DS18B20_ConvertT();		//上电先转换一次温度，防止第一次读数据错误
	Delay(1000);			//等待转换完成
	LCD_Init();
	LCD_ShowString(1,1,"Temperature:");
	while(1)
	{
		DS18B20_ConvertT();	//转换温度
		T=DS18B20_ReadT();	//读取温度
		if(T<0)				//如果温度小于0
		{
			LCD_ShowChar(2,1,'-');	//显示负号
			T=-T;			//将温度变为正数
		}
		else				//如果温度大于等于0
		{
			LCD_ShowChar(2,1,'+');	//显示正号
		}
		LCD_ShowNum(2,2,T,3);		//显示温度整数部分
		LCD_ShowChar(2,5,'.');		//显示小数点
		LCD_ShowNum(2,6,(unsigned long)(T*10000)%10000,4);//显示温度小数部分
	}
}

        因为，LCD只能显示整数，小数部分会直接省略，所以我们需要自己把小数部分计算出来。这个逻辑很简单，先把小数部分通过×10000变成整数的一部分，然后取余数，把这部分取出来就好了。

三、设置温度上下限，进行温度报警

        这里写一个综合案例，用于设置温度的上下限，这一个上下限存储在AT24C02，

        里面的代码都是之前写过的，就不再讲，只看main函数，书写逻辑

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

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

void main()
{
	DS18B20_ConvertT();		//上电先转换一次温度，防止第一次读数据错误
	Delay(1000);			//等待转换完成
	
	THigh=AT24C02_ReadByte(0);	//读取温度阈值数据
	TLow=AT24C02_ReadByte(1);
	if(THigh>125 || TLow<-55 || THigh<=TLow)
	{
		THigh=20;			//如果阈值非法，则设为默认值
		TLow=15;
	}
	
	LCD_Init();
	LCD_ShowString(1,1,"T:");
	LCD_ShowString(2,1,"TH:");
	LCD_ShowString(2,9,"TL:");
	LCD_ShowSignedNum(2,4,THigh,3);
	LCD_ShowSignedNum(2,12,TLow,3);
	Timer0_Init();
	
	while(1)
	{
		KeyNum=Key();
		
		/*温度读取及显示*/
		DS18B20_ConvertT();	//转换温度
		T=DS18B20_ReadT();	//读取温度
		if(T<0)				//如果温度小于0
		{
			LCD_ShowChar(1,3,'-');	//显示负号
			TShow=-T;		//将温度变为正数
		}
		else				//如果温度大于等于0
		{
			LCD_ShowChar(1,3,'+');	//显示正号
			TShow=T;
		}
		LCD_ShowNum(1,4,TShow,3);		//显示温度整数部分
		LCD_ShowChar(1,7,'.');		//显示小数点
		LCD_ShowNum(1,8,(unsigned long)(TShow*100)%100,2);//显示温度小数部分
		
		/*阈值判断及显示*/
		if(KeyNum)
		{
			if(KeyNum==1)	//K1按键，THigh自增
			{
				THigh++;
				if(THigh>125){THigh=125;}
			}
			if(KeyNum==2)	//K2按键，THigh自减
			{
				THigh--;
				if(THigh<=TLow){THigh++;}
			}
			if(KeyNum==3)	//K3按键，TLow自增
			{
				TLow++;
				if(TLow>=THigh){TLow--;}
			}
			if(KeyNum==4)	//K4按键，TLow自减
			{
				TLow--;
				if(TLow<-55){TLow=-55;}
			}
			LCD_ShowSignedNum(2,4,THigh,3);	//显示阈值数据
			LCD_ShowSignedNum(2,12,TLow,3);
			AT24C02_WriteByte(0,THigh);		//写入到At24C02中保存
			Delay(5);
			AT24C02_WriteByte(1,TLow);
			Delay(5);
		}
		if(T>THigh)			//越界判断
		{
			LCD_ShowString(1,13,"OV:H");
		}
		else if(T<TLow)
		{
			LCD_ShowString(1,13,"OV:L");
		}
		else
		{
			LCD_ShowString(1,13,"    ");
		}
	}
}

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)
	{
		T0Count=0;
		Key_Loop();	//每20ms调用一次按键驱动函数
	}
}

        使用中断检测按键按下，获取当前按下的Key_KeyNum。

        在主函数的循环下，根据每次键值的不同，进行不同的操作。键值为1的时候上限加，键值为2的时候上限减。键值为3的时候下限加，键值为4的时候下限减。修改的同时显示出来，并存储在AT24C02中。

        每次循环中，进行温度和上下限的对比，显示不同的结果。

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