（学习日记）2023.04.24

news2025/1/12 23:17:44

写在前面：
由于时间的不足与学习的碎片化，写博客变得有些奢侈。
但是对于记录学习（忘了以后能快速复习）的渴望一天天变得强烈。
既然如此
不如以天为单位，以时间为顺序，仅仅将博客当做一个知识学习的目录，记录笔者认为最通俗、最有帮助的资料，并尽量总结几句话指明本质，以便于日后搜索起来更加容易。


标题的结构如下：“类型”：“知识点”——“简短的解释”
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2023.04.24

  • 一、元件：`DS18B20`——数字温度传感器（单总线）
    • ROM指令（ROM Commands）：
    • 功能指令（Function Commands）：
  • 二、51：DS18B20温度传感器
    • 1. 单总线函数
    • 2. DS18B20函数
    • 3. main函数

一、元件：DS18B20——数字温度传感器（单总线）

  1. DS18B20介绍
    在这里插入图片描述

  2. 引脚及应用电路
    在这里插入图片描述

  3. 内部结构框图
    在这里插入图片描述

  4. 存储器结构
    在这里插入图片描述

  5. 单总线介绍
    在这里插入图片描述

  6. 单总线电路规范
    在这里插入图片描述

  7. 单总线时序结构
    在这里插入图片描述
    主机先拉低再拉高，从机接着拉低再拉高，代表初始化。
    在这里插入图片描述
    主机先拉低，如果一直拉低，代表发送0；如果立即抬起来，代表发送1
    从机将会在主机拉低后30us后读取电平
    在这里插入图片描述
    主机在发送时会先拉低15us，在这15us中从机保持低或拉高，主机在15us末尾读取电平
    在这里插入图片描述
    低位在前

  8. DS18B20操作流程
    在这里插入图片描述

ROM指令（ROM Commands）：

  • 搜索ROM（Search ROM）：该指令用于搜索总线上连接的所有DS18B20设备的唯一ROM代码。通过发送搜索设备指令，可以获取总线上所有DS18B20设备的地址，以便后续与特定设备进行通信。
  • 读取ROM（Read ROM）：该指令用于从DS18B20传感器中读取设备的唯一ROM代码。通过发送读取ROM指令，可以获取特定DS18B20设备的地址。
  • 匹配ROM（Match ROM）：使用该指令可以将总线上的通信限定为特定的DS18B20设备。发送匹配ROM指令后，只有匹配的设备会对后续的指令做出响应。
  • 跳过ROM（Skip ROM）：使用该指令可以忽略总线上所有设备的地址，直接与总线上唯一一个DS18B20设备进行通信。适用于只连接一个DS18B20设备的情况。
  • 使能温度报警搜索（Alarm Search）：该指令用于在总线上启动温度报警搜索过程。可以通过发送该指令，识别温度超过设定阈值的DS18B20设备。

功能指令（Function Commands）：

  • 读取温度（Convert T）：该指令用于启动温度转换过程。在执行该指令后，DS18B20开始测量温度，并将结果存储在内部寄存器中。
  • 写入温度设定值（Write Scratchpad）：该指令用于将温度设定值写入DS18B20传感器的内部寄存器。可以使用该指令设置温度报警阈值等参数。
  • 读取温度设定值（Read Scratchpad）：该指令用于从DS18B20传感器的内部寄存器中读取温度设定值和其他配置参数。
  • 复制温度设定值（Copy Scratchpad）：该指令用于将写入的温度设定值从内部寄存器复制到DS18B20的EEPROM中。通过执行该指令，可以确保温度设定值在掉电后仍然有效。
  • 读取电源供应（Read Power Supply）：该指令用于读取DS18B20传感器的电源供应状态，以确定传感器是否正常供电。
  • 写入温度报警阈值（Set Alarm Temp）：使用该指令可以将温度报警的上限和下限阈值写入DS18B20的报警寄存器，以便在温度超出设定范围时触发报警。
  1. DS18B20数据帧
    在这里插入图片描述
  2. 温度存储格式
    在这里插入图片描述

二、51：DS18B20温度传感器

1. 单总线函数

  1. 寻找引脚，很明显引脚是P37
    在这里插入图片描述
  2. 编写单总线初始化函数
/**
  * @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;
}
  • 首先，定义了一个无符号字符型变量 i 和 AckBit。i 用于计数，AckBit 用于存储从机的响应位。
  • 设置单总线引脚 OneWire_DQ 为高电平（逻辑1）。
  • 将单总线引脚 OneWire_DQ 设置为低电平（逻辑0），这个动作用于发出初始化信号。
  • 使用一个循环延时大约 500 微秒，具体延时的时间取决于循环的执行次数。这个延时是为了等待总线上的设备完成初始化过程。
  • 将单总线引脚 OneWire_DQ 设置为高电平，释放总线。
  • 使用一个循环延时大约 70 微秒，等待从机设备的响应。
  • 将从机设备的响应位读取到 AckBit 变量中。
  • 再次使用一个循环延时大约 500 微秒，确保总线上的设备完成响应过程。
  • 返回 AckBit 变量，表示从机的响应状态。如果 AckBit 的值为 0，则表示从机有响应；如果 AckBit 的值为 1，则表示从机无响应。

这个函数的目的是初始化单总线，并检测从机设备是否有响应。根据返回值可以判断单总线上是否存在有效的从机设备。

这里的延时都是软件生成出来的
在这里插入图片描述
由于程序中不需要进入函数，而进入函数需要4us，所以图片中延时54us

  1. 编写单总线发送一位函数
/**
  * @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;
}
  • 首先，定义了一个无符号字符型变量 i。
  • 将单总线引脚 OneWire_DQ 设置为低电平（逻辑0），用于开始发送数据。
  • 使用一个循环延时大约 10 微秒，具体延时的时间取决于循环的执行次数。这个延时是为了保持数据在总线上的稳定时间。
  • 将要发送的位数据 Bit 设置到单总线引脚 OneWire_DQ 上。
  • 使用一个循环延时大约 50 微秒，具体延时的时间取决于循环的执行次数。这个延时是为了保持数据在总线上的稳定时间。
  • 将单总线引脚 OneWire_DQ 设置为高电平（逻辑1），表示数据发送完毕。

该函数用于将一位数据发送到单总线上，具体发送的是逻辑0还是逻辑1由参数 Bit 决定。注意，在发送完数据后，需要等待一段时间以确保数据在总线上被接收。

  1. 编写单总线接收一位函数
/**
  * @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;
}
  • 首先，定义了一个无符号字符型变量 i 和 Bit。i 用于计数，Bit 用于存储接收到的位数据。
  • 将单总线引脚 OneWire_DQ 设置为低电平（逻辑0），用于准备接收数据。
  • 使用一个循环延时大约 5 微秒，具体延时的时间取决于循环的执行次数。这个延时是为了等待数据的稳定时间。
  • 将单总线引脚 OneWire_DQ 设置为高电平（逻辑1），表示准备接收数据。
  • 使用一个循环延时大约 5 微秒，具体延时的时间取决于循环的执行次数。这个延时是为了保持数据在总线上的稳定时间。
  • 将从单总线引脚 OneWire_DQ 上读取的位数据存储到变量 Bit 中。
  • 使用一个循环延时大约 50 微秒，具体延时的时间取决于循环的执行次数。这个延时是为了保持数据在总线上的稳定时间。
  • 返回变量 Bit，表示接收到的位数据。

该函数用于从单总线上接收一位数据，它通过读取单总线引脚上的电平状态来获取数据。在接收完数据后，需要等待一段时间以确保数据在总线上稳定并被正确读取。

  1. 编写单总线发送一个字节
/**
  * @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));
	}
}

这是一个用于在单总线上发送一个字节数据的函数。下面是对该函数的解释：

  1. 首先，定义了一个无符号字符型变量 i，用于循环计数。

  2. 使用一个循环，循环次数为 8，表示一个字节有 8 位。

  3. 在每次循环中，通过位运算和逻辑与操作，从要发送的字节 Byte 中取出当前位（最低位开始），并将其作为参数传递给函数 OneWire_SendBit() 来发送该位数据。

  4. 循环结束后，表示所有的 8 位数据都已发送完成。

该函数用于将一个字节的数据按位发送到单总线上。它会遍历字节的每一位，从最低位开始发送。在发送每一位数据时，会调用函数 OneWire_SendBit() 来实现单个位的发送。

  1. 编写单总线接收一个字节

/**
  * @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;
}
  • 首先，定义了一个无符号字符型变量 i 和 Byte。i 用于循环计数，Byte 用于存储接收到的字节数据，初始值为 0x00。
  • 使用一个循环，循环次数为 8，表示一个字节有 8 位。
  • 在每次循环中，通过调用函数 OneWire_ReceiveBit() 接收单总线上的一位数据。如果返回值为真（非零），表示接收到的位数据为逻辑1，将该位设置到字节变量 Byte 中，使用位运算和逻辑或操作。
  • 循环结束后，表示所有的 8 位数据都已接收完成。
  • 返回变量 Byte，表示接收到的一个字节数据。

该函数用于从单总线上按位接收一个字节的数据。它会遍历字节的每一位，从最低位开始接收。在接收每一位数据时，会调用函数 OneWire_ReceiveBit() 来实现单个位的接收，并根据接收到的位数据将其设置到字节变量 Byte 中。

2. DS18B20函数

  1. 首先，找到需要使用的指令，宏定义为较为易懂的单词
//DS18B20指令
#define DS18B20_SKIP_ROM			0xCC
#define DS18B20_CONVERT_T			0x44
#define DS18B20_READ_SCRATCHPAD 	0xBE
  1. 编写开始 DS18B20 温度转换的函数
/**
  * @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);
}
  • 首先，调用函数 OneWire_Init() 进行单总线初始化，确保单总线准备就绪。
  • 调用函数 OneWire_SendByte() 发送命令字节 DS18B20_SKIP_ROM。这个命令字节用于跳过对 DS18B20 的 ROM 码操作，直接对所有 DS18B20 进行温度转换。
  • 调用函数 OneWire_SendByte() 发送命令字节 DS18B20_CONVERT_T。这个命令字节用于启动 DS18B20 的温度转换过程。

该函数的目的是通过单总线与 DS18B20 通信，发送相应的命令字节来开始温度转换过程。在函数执行完毕后，DS18B20 将会开始进行温度转换。

  1. 编写读取 DS18B20 温度的函数
/**
  * @brief  DS18B20读取温度（此处用补码判断判断温度正负）
  * @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;
}
  • 首先，定义了无符号字符型变量 TLSB 和 TMSB 用于存储温度的低位字节和高位字节，定义了整型变量 Temp 用于存储合并后的温度值，定义了浮点型变量 T 用于存储最终的温度数值。
  • 调用函数 OneWire_Init() 进行单总线初始化，确保单总线准备就绪。
  • 调用函数 OneWire_SendByte() 发送命令字节 DS18B20_SKIP_ROM，用于跳过对 DS18B20 的 ROM 码操作（因为只有一个从机）。
  • 调用函数 OneWire_SendByte() 发送命令字节 DS18B20_READ_SCRATCHPAD，用于读取 DS18B20 的温度数据。
  • 调用函数 OneWire_ReceiveByte() 两次分别接收温度的低位字节和高位字节，并将其分别存储到变量 TLSB 和 TMSB 中。
  • 将高位字节 TMSB 左移 8 位，并与低位字节 TLSB 进行按位或操作，得到合并后的温度值 Temp。
  • 将温度值 Temp 除以 16.0（等同于右移四位，因为右四位是小数），得到最终的温度数值 T。
  • 返回温度数值 T。

该函数的目的是通过单总线与 DS18B20 通信，发送相应的命令字节来读取 DS18B20 的温度数据，并将其转换为浮点型的温度数值。函数执行过程中，首先进行单总线初始化，然后发送命令字节读取温度数据，并将接收到的字节数据进行合并和转换，最后返回转换后的温度数值。

3. main函数

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
	}
}

  1. 首先，定义了一个浮点型变量 T 用于存储温度值。

  2. 在 main() 函数中，首先调用函数 DS18B20_ConvertT() 进行一次温度转换，这是为了防止第一次读取数据时出现错误。

  3. 然后，通过调用延时函数 Delay() 来等待转换完成，延时时间为 1000 毫秒。

  4. 初始化 LCD 屏幕，通过调用函数 LCD_Init() 实现。

  5. 在 LCD 屏幕上显示字符串 “Temperature:”，通过调用函数 LCD_ShowString() 来实现。

  6. 进入一个无限循环，在循环中进行温度的读取和显示操作。

  7. 在循环中，首先调用函数 DS18B20_ConvertT() 来进行温度转换。

  8. 然后，通过调用函数 DS18B20_ReadT() 来读取温度值，并将其存储到变量 T 中。

  9. 判断温度是否小于 0，如果是，则显示负号，并将温度 T 取负值。

  10. 如果温度大于等于 0，则显示正号。

  11. 使用函数 LCD_ShowNum() 将温度的整数部分显示在 LCD 屏幕上。

  12. 在小数点位置显示小数点符号。

  13. 使用函数 LCD_ShowNum() 将温度的小数部分显示在 LCD 屏幕上。

  14. 无限循环会持续进行温度的读取和显示，实现实时的温度监测。

该主程序的功能是通过 DS18B20 温度传感器读取温度数据，并使用 LCD 屏幕进行显示。在程序开始时，先进行一次温度转换，然后进入循环，循环中不断进行温度转换和读取，并将温度值显示在 LCD 屏幕上。同时，根据温度值的正负显示相应的符号。循环会持续执行，实现实时的温度监测和显示。

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