51单片机完全学习——DS18B20温度传感器

news2024/10/28 12:34:01

一、DS18B20数据手册解读

首先我们知道DS18B20使用的是单总线传输，默认情况下读出来的温度是12位的，我们这里只讨论外部电源供电这种情况。

有这张图片我们知道，12位温度的最小分辨率是10^-4次方，因此就是0.0625.我们只需要将最后读到的温度，乘以0.0625即可得到我们测量到的温度。

通过单总线端口访问DS18B20的协议是：首先进行初始化、ROM操作命令、存储器操作命令、执行/数据，这4步来完成的。接下来我们一步一步的来看

（1）初始化

首先我们需要知道，所有的执行都是从一个初始化序列开始的，我们需要控制总线先产生一个复位脉冲，一个最少保持480微秒的低电平信号，然后释放总线，进入到接收状态，当DS18B20检测到I/O引脚上的上升沿之后，DS18B20等待15~60微秒，然后发送一个存在脉冲，也就是一个60~240微秒的低电平信号。具体编程实现如下：我这里加了一些返回参数，用来保证初始化的成功

uchar ds18b20_init(void)
{
	uchar i = 0;
	DS18B20_BUS = 1;    //将数据线拉高方便产生下降沿
	_nop_();
	DS18B20_BUS = 0;    //产生复位脉冲
	delay500us();       //最短为480微秒的低电平信号
	DS18B20_BUS = 1;    //释放掉总线并进入接收状态
	_nop_();
	while (DS18B20_BUS) //循环检测ds18b20发送过来的存在信号
	{
		i++;
		delay20us();      //每20微秒检测一次
		if (i > 7)
		{
			return 1;       //如果等了140微秒还没有就返回1，表示失败
		}
	}
	delay500us();       //如果没有失败，就延时至少480微秒，等待ds18b20将总线释放
	return 0;
}

（2）ROM操作命令

我们想要进行ROM指令的操作，就必须得有一定的方法，给DS18B20发送数据，和接收数据。接下来我们先实现DS18B20对于一个字节数据的发送和接收。我们首先来看发送函数，也就是给DS18B20写数据：

我们主要是根据上面的时序图来进行程序的编写，首先先对时序图做一些解释：当主机把数据线从逻辑高电平拉高到逻辑低电平的时候，写时序开始，有两种写时序，一种是写0，一种是写1.所有的些时间时序必须最少持续60微秒，两个写周期之间至少间隔1微秒。数据线上的电平变低以后，DS18B20在15~60微秒的窗口内对数据线进行采样，如果线上是高电平就写1，如果线上是低电平就写0，我这里的编程思路是：首先将数据线拉低持续1个微秒，然后赶紧释放总线，然后将我们想要发送的0或者1放在数据线上，然后持续至少60微秒的延时。最后在释放总线，具体的编程实现如下：

//给ds18b20写入数据
void ds18b20_write(uchar cmd)
{
	uchar i = 0, temp = 0;
	for (i=0; i<8; i++)
	{
		DS18B20_BUS = 0;       //首先将总线拉低，产生写时序
		_nop_();               //延时一个微秒
		DS18B20_BUS = 1;       //释放总线
		temp = (cmd & 0x01);   
		DS18B20_BUS = temp;    //发送0或者1
		delay60us();           //凑够至少60微秒的时间
		DS18B20_BUS = 1;       //释放总线
		cmd >>= 1;             //连续两个写周期间隙应该大于1us
	}
}

接下来我们就需要进行读字节时序了,还是一样先来看时序图：

读时序和写时序差不都，只不过我们需要注意主机的采样时间，当主机把数据线从高电平拉到低电平时，读时序开始，数据线必须至少保持1微秒，然后我们就要将数据线释放掉，方便DS18B20传输数据，从DS18B20输出的数据在读时序开始后的15微秒内有效，也就是说我们必须在这个时间间隔内完成采样。所有的读时序都必须最少60微秒，两个读周期至少1微秒的恢复时间。具体编程实现如下：

//从ds18b20里面读取数据
uchar ds18b20_read(void)
{
	uchar date = 0, i = 0, temp = 0;
	for (i=0; i<8; i++)
	{
		DS18B20_BUS = 0;            //拉低总线产生读时序的起始信号
		_nop_();                    //产生1us的延时
		DS18B20_BUS = 1;            //释放掉总线
		delay6us();                 //延时6us 这里也可以是其他的延时只要保证15us以内
		temp = DS18B20_BUS;         //采集ds18b20上面的数据
		date = (date | (temp << i));//采集到的数据从低位到高位一次放好
		delay60us();                //等待ds18b20释放总线后，准备下一次的就收
	}
	return date;
}

当我们有了这两个函数之后我们就可以进行ROM指令的操作了。接下来我们来看一下，我们常用的ROM指令：一般来讲我们的设备上就只有一个DS18B20，也就是说，我们只需要一条指令，跳过ROM这一条指令就可以了，也就是发送cch就可以了。具体下图：

（3）存储器操作指令

我们一般也就用到 温度转换命令、读取暂存器命令。其他的不太需要：在我们发送出去读存储器的指令之后，我们只要连续的不停的读，他就会一直读到最后一个字节，也就是说当我们发送读存储器命令之后，我们读第一次就是再读，下面存储器映射表的字节0， 读第二次就是读字节1。如果我们只是想获取读到的温度值，我们只需要，发送完读，存储器命令之后读两次就可以了。

二、DS18B20读取温度

首先我们得知道，所有的操作都包含4步，1、初始化， 2、ROM操作指令，3、暂存器操作指令 4、读数据（这一步可以都很多次都可以）

首先我们需要给DS18B20发送一个温度转换的指令，具体编程如下：我这里发送完命令之后直接给他足够的时间，让他完成温度的转换。

//发送检测温度的命令
void ds18b20_change_temperature(void)
{
	ds18b20_init();        //首先进行初始化
	ds18b20_write(0xcc);   //发送ROM指令
  ds18b20_write(0x44);   //发送温度转换指令
	delay1s();             //等待温度转换完毕
}

 温度转换完成之后就是，读温度了，DS18B20将温度转换完毕后，他不会向我们主动发送，而是将转换完后的温度，放到暂存器里面，因此我们只需要都暂存器就可以了。具体代码实现如下：在使用的时候，我们只需要连续调用这两个函数就可以啦。

//读取转换完成的温度
//注意这里温度转换过程中将温度结果放大了1000倍
uint ds18b20_read_temperatur(void)
{
	uint temp = 0;
	uchar temp1 = 0, temp2 = 0;
	ds18b20_init();          //首先进行初始化
	ds18b20_write(0xcc);     //发送ROM指令
	ds18b20_write(0xbe);     //读取暂存器
	temp1 = ds18b20_read();	 //读取暂存器第0个字节    温度的低8位   
	temp2 = ds18b20_read();  //读取暂存器第1个字节    温度的高8位
    temp = ((temp2 << 8) | temp1);	
	temp = temp * 62.5;      //将温度进行转换
	return temp;
}

我这里还专门为这个读取温度的函数，写了一个串口发送函数，实现如下：需要注意串口发送一个字节的函数需要自己实现。

//串口发送温度专用函数
void uart_send_num1(uint num)
{
	uchar a[10] = 0, i = 0;
	do
	{
		a[i] = num % 10 + '0';
		num /= 10;
		a[i+1] = '\0';
		i++;
	}while (num);
	while (i--)
	{	
		uart_send_byte(a[i]);
		if (i == 3)
		{
			uart_send_byte('.');
		}
	}
	
}

三、总线上有两个DS18B20

我们前面讨论的是，总线上只有一个DS18B20的情况，接下来我们讨论总线上有2个DS18B20的情况，具体目标是让两个DS18B20能独立地采集温度。并将温度打印在串口：

首先我们需要知道我们手中的DS18B20内置ROM的唯一64位编码，具体实现如下：需要注意的是我们先一个一个的将DS18B20放到总线上然后运行下面的程序，这样我们就可以在串口上面看到这个DS18B20的唯一64位编码了。

	ds18b20_init();
	ds18b20_write(0x33);
	temp = ds18b20_read();
    uart_send_byte(temp);	
    temp = ds18b20_read();
    uart_send_byte(temp);	
	temp = ds18b20_read();
    uart_send_byte(temp);	
	temp = ds18b20_read();
    uart_send_byte(temp);	
	temp = ds18b20_read();
    uart_send_byte(temp);	
	temp = ds18b20_read();
    uart_send_byte(temp);	
	temp = ds18b20_read();
    uart_send_byte(temp);	
	temp = ds18b20_read();
    uart_send_byte(temp);

接下来我们就可以将2个DS18B20的总线连接到一起，然后通过ROM指令里面的匹配ROM，来查找我们需要查找的DS18B20，然后再和他进行通讯，发送温度转换命令，然后读取温度即可，具体实现如下：

        ds18b20_init();
	    ds18b20_write(0x55);
		ds18b20_write(0x28);
		ds18b20_write(0xaf);
		ds18b20_write(0x0d);
		ds18b20_write(0x85);
		ds18b20_write(0x00);
		ds18b20_write(0x00);
		ds18b20_write(0x00);
		ds18b20_write(0xd2);
		
		ds18b20_write(0x44);
	    delay1s();
	    temp = ds18b20_read_temperatur1();
		uart_send_byte('a');
	    uart_send_num1(temp);

	    ds18b20_init();
		ds18b20_write(0x55);
		ds18b20_write(0x28);
		ds18b20_write(0xb4);
		ds18b20_write(0xfc);
		ds18b20_write(0x43);
		ds18b20_write(0xd4);
		ds18b20_write(0xe1);
		ds18b20_write(0x3c);
		ds18b20_write(0x01);
		
		ds18b20_write(0x44);
	    delay1s();
	    temp = ds18b20_read_temperatur2();
		uart_send_byte('b');
	    uart_send_num1(temp);

 需要注意的是，在温度读取函数里面我们也必须针对不同的DS18B20有着不同的温度读取函数，我这里写的是原始的处理方式，以上的代码也可以简化，将每个DS18B20的64位编码放到一个数据里面，我们使用循环的方式发送就可以了。这里就不做进一步修改了，感兴趣的可以自己修改。


uint ds18b20_read_temperatur1(void)
{
	uint temp = 0;
	uchar temp1 = 0, temp2 = 0;
	ds18b20_init();          //首先进行初始化
	ds18b20_write(0x55);     //发送ROM指令
	ds18b20_write(0x28);
	ds18b20_write(0xaf);
	ds18b20_write(0x0d);
	ds18b20_write(0x85);
	ds18b20_write(0x00);
	ds18b20_write(0x00);
	ds18b20_write(0x00);
	ds18b20_write(0xd2);
	ds18b20_write(0xbe);     //读取暂存器
	temp1 = ds18b20_read();	 //读取暂存器第0个字节    温度的低8位   
	temp2 = ds18b20_read();  //读取暂存器第1个字节    温度的高8位
  temp = ((temp2 << 8) | temp1);	
	temp = temp * 62.5;      //将温度进行转换
	return temp;
}

uint ds18b20_read_temperatur2(void)
{
	uint temp = 0;
	uchar temp1 = 0, temp2 = 0;
	ds18b20_init();          //首先进行初始化
	ds18b20_write(0x55);     //发送ROM指令
	ds18b20_write(0x28);
	ds18b20_write(0xb4);
	ds18b20_write(0xfc);
	ds18b20_write(0x43);
	ds18b20_write(0xd4);
	ds18b20_write(0xe1);
	ds18b20_write(0x3c);
	ds18b20_write(0x01);
	ds18b20_write(0xbe);     //读取暂存器
	temp1 = ds18b20_read();	 //读取暂存器第0个字节    温度的低8位   
	temp2 = ds18b20_read();  //读取暂存器第1个字节    温度的高8位
  temp = ((temp2 << 8) | temp1);	
	temp = temp * 62.5;      //将温度进行转换
	return temp;
}

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