嵌入式开发入门-51单片机基础知识（9）- DS18B20

一、DS18B20简介

　　1、DS18B20是一个数字温度传感器，单总线传输数据，测量温度范围为-45℃-125℃，测量精度可配置为9位，10位，11位，12位，默认配置12位，分别对应0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃。

二、温度测量

　　1、由于DS18B20通电后，处于空闲状态，不进行温度测量和转换，所以必须发出转换命令，DS18B20才开始工作。

　　2、DS18B20工作后，测量的数据存放自ScrachPad寄存器中，并返回空闲状态。在温度转换过程中，DS18B20发送0响应，转换完成后，发送1响应。

　　3、根据18B20 芯片手册中的电路图中看出，在不工作时，DQ拉高。

三、DS18B20操作步骤

第一步：初始化

　　1、主机发送复位脉冲；

　　2、主机接收DS18B20的存在脉冲；

第二步：ROM指令

　　1、SEARCH ROM（F0h）

　　　　搜索：系统刚通电时，如果存在多个从机，则需要使用Search ROM来识别总线中存在的各从机。

　　2、READ ROM（33h）

　　　　直接读取：该指令，只有在总线中只存在一个从机时使用。如果有多个存在，则会产生冲突。

　　3、MATCH ROM（55h）

　　　　匹配：该指令用于寻找总线中特定的从机。

　　4、SKIP ROM（CCh）

　　　　跳过：使用该指令不需要在使用其他ROM指令，可以直接操作总线上所有从机。如配合CONVERT指令，可以直接使能总线上所有从机开始工作转换。

　　5、ALARM ROM（ECh）

　　　　报警：该命令用于搜索总线中设置过报警参数的从机，在最近的转换过程中，是否有报警的设备。

第三步：功能指令

　　1、CONVERT T（44h）

　　转换温度：该指令用于启动单个温度转换，在外部供电时，18B20接收到该指令后，启动转换，转换进行时发送0，转换完成后发送1（DQ拉高，处于空闲状态）。

 　　2、WRITE SCRATCHPAD（4Eh）

　　写指令：该命令用于主机将三字节的数据写入scratchpad寄存器中，第一个数据写入TH寄存器，第二个字节写入TL寄存器，第三个字节写入配置寄存器。

　　数据首先传输最低位。三个字节必须在主机发送复位请求前写入，否则数据会丢失。

　　3、READ SCRATCHPAD（BEh）

　　读指令：该命令用于主机读取scratchpad寄存器的内容。数据首先最低位开始，直到读取第九个字节。如果主机只需要一部分数据，则主机可以在读到自己需要的数据后，就发出复位指令终止读取。

　　4、COPY SCARTCHPAD（48h）

　　复制指令：该指令用于将scratchpad中TH、TL和配置寄存器的内容复制到主机EEPROM中。如果在寄生电源模式下使用，在发出该指令后的10us内，主机必须强上拉10ms。

　　5、RECALL E²

　　调用指令：该指令用于从EEPROM中调用报警触发值（TH和TL）和配置数据，并将数据分别放在scratchpad的字节2、3和4中。主机在调用命令之后，发出读取时隙，DS18B20将通过发送0或1来指示调用状态。

　　此命令允许主机将3字节的数据写入DS18B20的草稿行。第一个数据字节写入TH寄存器（暂存区的字节2），第二个字节写入TL寄存器（字节3），第三个字节写入配置寄存器（字节4）。数据必须首先传输最低有效位。所有三个字节必须在主机发出重置之前写入，否则数据可能已损坏。

四、初始化

　　1、大部分涉及到通信的地方，初始化一般就是握手过程，双方达成共识，我要开始发送数据了，对方准备好数据了等。

　　2、初始化步骤：

　　　　（1）主机拉低总线至少480us完成复位脉冲。（类似于先给对方搭个招呼，然后释放总线，看对方如何回复）

　　　　（2）主机释放总线。

　　　　（3）DS18B20检测上升沿（在15us和60us内）（DS18B20等待主机给他打招呼），

　　　　（4）检测到上升沿后，DS18B20将总线拉低60us-240us（DS18B20收到主机的招呼后，给主机回复招呼）

bit Ds18b20_Init(void)
{
    bit flag;
    DQ = 0;
    Delay500us();
    DQ = 1;
    Delay68us();
    flag = DQ;
    Delay500us();
    return flag;
}

void Ds18b20_Check(void)
{
    Lcd12864_Init();
    while(Ds18b20_Init())Lcd12864_Show_String(2,2,"NO SENSOR!");    //初始化
    Lcd12864_Show_String(2,2,"Initial OK");//检测到DS18B20,打印ok,否则打印no sensor
    Delay500ms();
}

五、读写时隙

　　5.1写时隙

　　写入1时隙和写入0时隙。所有写入时隙持续时间至少为60us，单个写入时隙之间的恢复时间至少为1us，写入时隙都由主机将总线拉低开始。

要生成写入1的时隙，在总线拉低后，主机必须在15us内释放总线。

要生成写入0时隙，在总线拉低后，必须持续最少60us保持总线为低电平，然后在释放总线。

因为DS18B20在主机启动写入时隙后，在15us和60US之间采集主机数据，在这个期间为高，则向DS18B20写入1，如果为低，则写0。

 　　

void Ds18b20_Write_Low(void)
{
    DQ = 0;
    Delay68us();
    DQ = 1;
    _nop_();
    _nop_();
}


/******************************************************************************/
// 函数名称：Ds18b20_Write_High 
// 输入参数：无
// 输出参数：无
// 函数功能：DS18B20写1
/******************************************************************************/
void Ds18b20_Write_High(void)
{
    DQ = 0;
    _nop_();
    _nop_();
    DQ = 1;
    Delay68us();
}


/******************************************************************************/
// 函数名称：Ds18b20_Write_Cmd 
// 输入参数：myCmd-命令
// 输出参数：无
// 函数功能：DS18B20写命令
/******************************************************************************/
void Ds18b20_Write_Cmd(uint8 cmd)
{
    uint8 i;
    for(i=0;i<8;i++)
       {
        if(cmd&0x01)Ds18b20_Write_High();
        else Ds18b20_Write_Low();
        cmd >>= 1;    
    }    
}    

　　5.2读时隙

　　DS18B20只能在主机发出读取时隙时向主机发送数据。因此主机必须在发出readScratchpad[BEh]或readPower[B4h]命令后，立即生成读取时隙，以便DS18B20提供所请求的数据。

　　读取时隙的持续时间至少为60us，时隙之间的恢复时间至少为1us，然后释放总线，从而启动读取时隙。

　　在主机启动读取时隙后，DS18B20将在总线上传输1或0。

　　DS18B20通过使总线保持高电平来发送1，将总线拉低来发送0。

　　当发送0时，DS18B20将在时隙结束时释放总线，DS18B20发送的数据在启动读取时隙的下降沿之后15us内有效，因此，主机必须释放总线。然后从开始的15us内对总线状态进行采样。

uint8 Ds18b20_Read_Data(void)
{
    uint8 tmpRead=0x00;
    uint8 i;
    for(i=0;i<8;i++)
      {
        tmpRead>>=1;
        DQ = 0;
        _nop_();
        _nop_();
        DQ = 1;
        _nop_();
        _nop_();
        if(DQ)tmpRead|=0x80;//读1
        //else tmpRead|=0x00;//读0
        Delay68us();    
    }
    return tmpRead;
}

　　5.3忙信号检测

void Ds18b20_Busy_Check(void)
{
    bit flag; //0-busy 1-done
    do{
        DQ = 0;
        _nop_();
        _nop_();
        DQ = 1;
        _nop_();
        _nop_();
        flag = DQ;
        Delay68us();        
    }while(!flag);
}

　　5.4获取温度值

void Ds18b20_Get_Temp(uint8 *tempValue){
    uint8 valueLow,valueHigh;
    uint16 resultLow;    //范围超过了255

    Ds18b20_Init();
    Ds18b20_Write_Cmd(0xcc);//skip rom
    Ds18b20_Write_Cmd(0x44);//convert T
    //Delay750ms();//busycheck
    Ds18b20_Busy_Check();
    Ds18b20_Init();
    Ds18b20_Write_Cmd(0xcc);//skip rom
    Ds18b20_Write_Cmd(0xbe);//read scratchpad
    valueLow  = Ds18b20_Read_Data();//read byte0
    valueHigh = Ds18b20_Read_Data();//read byte1        
    resultLow = (valueLow & 0x0f) * 625;        
    valueLow >>= 4;
    *(tempValue+0) = (valueHigh *16 + valueLow)/100 + 0x30;   //温度值的百位
    *(tempValue+1) = (valueHigh *16 + valueLow)%100/10 + 0x30;//温度值的十位
    *(tempValue+2) = (valueHigh *16 + valueLow)%100%10 + 0x30;//温度值的个位
    *(tempValue+4) = resultLow/1000 + 0x30;                   //小数点后第一位
    *(tempValue+5) = resultLow%1000/100 + 0x30;               //小数点后第二位
    *(tempValue+6) = resultLow%1000%100/10 + 0x30;            //小数点后第三位
    *(tempValue+7) = resultLow%1000%100%10 + 0x30;            //小数点后第四位
}

　　5.5主函数

int main(void){    
    Ds18b20_Check();                                     //检测总线是否存在DS18B20
    Lcd12864_Screen_Init();                              //LCD12864界面初始化设置    
    while(1){
        Ds18b20_Get_Temp(sampleResult);                  //读取温度
        if (sampleResult[0] == '0')sampleResult[0] = ' ';//首位如果为0，则不显示
        Lcd12864_Show_String(2, 2, sampleResult);        //显示温度
    }
}