DS18B20与单片机的通信、DS18B20采集温度、MODBUS协议、练习框架

news2024/11/26 3:55:50

我要成为嵌入式高手之4月9日51单片机第四天！！
————————————————————————————

DS18B20温度传感器

单总线数字温度计

异步的半双工的串行通信

测量范围从-55℃ ~ +125℃，增量值为0.5℃

要用DS18B20采集温度，就要实现与单片机之间的通信，因此有两个问题

Bus master active low：主机执行低电平

DS1820 active low：DS18B20执行低电平

Both bus master and DS1820 active low：全都释放低电平

Resistor pull-up：电阻拉高

1、如何向DS18B20发送数据

sendChar(发送单字节的数据)

主机（单片机）向DS18B20写入（发送）0：

空闲时总线上呈现高电平，如果要发送0，就把总线电平拉低：至少(MIN)拉低15微秒，典型(TYP)拉低30微秒，最多(MAX)拉低60微秒。这样一段时间就表示单片机向DS18B20写入一个0；（由于是异步传输，故0 和 1只能靠控制时间长短来表示）

主机（单片机）向DS18B20写入（发送）1：

空闲时总线上呈现高电平，如果要发送1，就把总线电平拉低，拉低时间大于1微秒后，立刻又将电平拉高，拉高时间为：至少(MIN)拉高15微秒，典型(TYP)拉高30微秒，最多(MAX)拉高60微秒。

2、如何从DS18B20读取数据

readChar()

MASTER SAMPLES：主机采样（读引脚电平）

主机（单片机）从DS18B20读取（接收）0：

空闲时总线上呈现高电平，DS18B20会将电平拉低，在拉低后的15微秒以内，单片机进行采样，若为低电平，说明收到的是0；

主机（单片机）从DS18B20读取（接收）1：

空闲时总线上呈现高电平，DS18B20会将电平拉低，在拉低后1微秒之后且15微秒以内，单片机进行采样，若为高电平，说明收到的是1；

以上两图即为DS18B20数据收发原理

———————————————————————————————————————————

DS18B20采集流程

复位

1、单片机向DS18B20发送0xCC

2、单片机向DS18B20发送0x44（启动温度变换）

3、延时（将温度模拟转换为数字需要时间，大约为700ms）

复位

4、单片机向DS18B20发送0xCC

5、单片机向DS18B20发送0xBE（读取温度）

6、单片机连续从DS18B20读取两个字节

如何将读取到的字节转换为浮点型（float）？

读出的两个字节是一个补码，需要 * 0.0625（2 ^ -4）得到温度

涉及到的问题：

单片机P37和DS18B20总线连接起来，要是P37要拉低电平，总线要拉高电平，那到底是高电平还是低电平？

答：一定是低电平，因为有任一方拉低，相当于该总线接地，那么就是低电平。

那么如何保证该总线一定是高电平呢？

答：在该总线上外接一个上拉电阻（4.7k ~ 10k）（因为51的内部构造，导致51的上拉电平非常弱，因此需要这个电阻来添一把力，保证它是高电平），这样在单片机和DS18B20同时拉高时，该总线一定是高电平。

这俩表现出一种特性：线与特性

拉高总线的操作称为：释放总线

拉低总线的操作称为：占有总线

初始化过程"复位和存在脉冲"

黑色线表示单片机拉低，此时DS18B20释放总线（最少480最多960微秒）；然后单片机释放总线在60~240微秒之内DS18B20要拉低总线，这样就能检测到低电平，在240微秒之后，DS18B20再次释放总线，此时总线上必然会检测到高电平，这样就表示该信号存在可以被使用

延时10us函数

//延时10us
void delay10us(unsigned int n)	//@12.000MHz
{
	unsigned char data i;

	while (n--)
	{
		i = 2;
		while (--i);
	}
}

初始化

#include "ds18b20.h"

#define DS18B20CLR (P3 &= ~(1 << 7))
#define DS18B20SET (P3 |= (1 << 7))
#define DS18B20TST ((P3 & (1 << 7)) != 0)//判断总线是否为高电平，1为高电平，0为低电平

void delay10us(unsigned int n)	//@12.000MHz
{
	unsigned char data i;

	while (n--)
	{
		i = 2;
		while (--i);
	}
}

int rest18b20(void)
{
	int t = 0;

	DS18B20CLR;//单片机拉低
	delay10us(70);//延时
	DS18B20SET;//释放总线

	while (t <= 24 && DS18B20TST)//240us之内，DS18B20为高电平
	{
		delay10us(1);
		++t;		
	}
	if (t >= 24)//超过240us
	{
		return 0;//说明初始化有问题
	}
	
	t = 0;
	while (t <= 24 && !DS18B20TST)//240us之内，DS18B20为低电平
	{
		delay10us(1);
	}
	if (t > 24)
	{
		return 0;//一直为低电平，跳不上高电平，初始化有问题
	}	
	return 1;//在240us之内出现低电平，初始化正确，返回1
}

向18b20发送数据

/*******************
 *向18b20发送数据
 *一次发送一个char
 *先发低位
 ******************/
void sendChar(unsigned char n)//LSB先行，先发低位
{
	int i = 0;
	
	for (i = 0; i < 8; ++i)
	{
		if ((n & 0x01) != 0)//判断要发的位不为0，此时应该找1的时序图
		{
			DS18B20CLR;
			_nop_();
			_nop_();
			DS18B20SET;
			delay10us(3);			
		}
		else
		{
			DS18B20CLR;
			delay10us(5);
			DS18B20SET;
		}
		n >>= 1;
	}
}

从18b20接收数据

/********************
 *从18b20接收数据
 *一次发送一个char
 *从低位开始接收
 *返回接收到的数据
 ********************/
unsigned char readChar(void)//接收18b20的数据，每次接收一个字符
{
	unsigned char ret = 0;
	int i = 0;

	for (i = 0; i < 8; ++i)
	{
		DS18B20CLR;//拉低总线
		_nop_();//空指令，但是消耗了一个指令周期，1us
		_nop_();
		DS18B20SET;//释放总线
		_nop_();
		_nop_();
		_nop_();
		//采样：DS18B20TST表示P37是(1)否(0)为高电平，若接收到1，左移或运算可以将指定位置1(第i位为1，其余位为0)
		ret |= DS18B20TST << i;
		delay10us(5);
	}
	return ret;
}

获取温度（按照流程）

float getTemerature(void)
{
	unsigned char t1, t2;	
	int ret = 0;
//接收温度的总流程
	rest18b20();
	sendChar(0xCC);
	sendChar(0x44);
	delay10us(60000);
	rest18b20();
	sendChar(0xCC);
	sendChar(0xBE);

	t1 = readChar();//低位
	t2 = readChar();//高位
	//将字符型转换为浮点型
	ret = t2 << 8 | t1;
	return ret * 0.0625;	
//
}

main.c

如何查看获取到的温度的数据呢？

这里采用串口调试查看（uart->send_buffer）

#include "ds18b20.h"
#include "uart.h"

int main(void)
{
	float f;
	char s[16];	

	uart_init();	

	while (1)
	{
		f = getTemerature();
		sprintf(s, "%f", f);
		send_buffer(s, strlen(s));
	}
		
	return 0;
}