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51单片机入门
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文章目录
1. DS18B201.1. DS18B20 引脚排列与说明1.2. 储存形式与时序
2. 实验
1. DS18B20
DS18B20 是美信公司的一款温度传感器，单片机可以通过 1-Wire 协议与 DS18B20 进行通信，最终将温度读出。1-Wire 总线的硬件接口很简单，只需要把 DS18B20 的数据引脚和单片机的一个 IO 口接上就可以了。 1.1. DS18B20 引脚排列与说明
DS18B20 通过编程，可以实现最高 12 位的温度存储值，在寄存器中，以补码的格式存储，如图所示: 首先，我先根据手册上 DS18B20 工作协议过程大概讲解一下。 1、初始化。和 I2C 的寻址类似，1-Wire 总线开始也需要检测这条总线上是否存在 DS18B20 这个器件。如果这条总线上存在 DS18B20，总线会根据时序要求返回一个低电平脉冲，如果不存在的话，也就不会返回脉冲，即总线保持为高电平，所以习惯上称之为检测存在脉冲。此外，获取存在脉冲不仅仅是检测是否存在 DS18B20，还要通过这个脉冲过程通知 DS18B20准备好，单片机要对它进行操作了，如图所示： 存在脉冲检测过程，首先单片机要拉低这个引脚，持续大概 480us 到 960us 之间的时间即可，我们的程序中持续了 500us。然后，单片机释放总线，就是给高电平，DS18B20 等待大概 15 到 60us 后，会主动拉低这个引脚大概是 60 到 240us，而后 DS18B20 会主动释放总线，这样 IO 口会被上拉电阻自动拉高。 首先，由于 DS18B20 时序要求非常严格，所以在操作时序的时候，为了防止中断干扰总线时序，先关闭总中断。然后第一步，拉低 DS18B20 这个引脚，持续 500us；第二步，延时 60us；第三步，读取存在脉冲，并且等待存在脉冲结束。 bit DS18B20_GetAck() { bit ack; EA = 0; //禁止总中断 IO_18B20 = 0; //产生 500us 复位脉冲 DelayX10us(50); IO_18B20 = 1; DelayX10us(6); //延时 60us ack = IO_18B20; //读取存在脉冲 while(!IO_18B20); //等待存在脉冲结束 EA = 1; //重新使能总中断 return ack; }2、ROM 操作指令。我们学 I2C 总线的时候就了解到，总线上可以挂多个器件，通过不同的器件地址来访问不同的器件。同样，1-Wire 总线也可以挂多个器件，但是它只有一条线，如何区分不同的器件呢？ 在每个 DS18B20 内部都有一个唯一的 64 位长的序列号，这个序列号值就存在 DS18B20内部的 ROM 中。开始的 8 位是产品类型编码（DS18B20 是 0x10），接着的 48 位是每个器件唯一的序号，最后的 8 位是 CRC 校验码。DS18B20 可以引出去很长的线，最长可以到几十米，测不同位置的温度。单片机可以通过和 DS18B20 之间的通信，获取每个传感器所采集到的温度信息，也可以同时给所有的 DS18B20 发送一些指令。这些指令相对来说比较复杂，而且应用很少，所以这里大家有兴趣的话就自己去查手册完成吧，我们这里只讲一条总线上只接一个器件的指令和程序。 Skip ROM（跳过 ROM）：0xCC。当总线上只有一个器件的时候，可以跳过 ROM，不进行 ROM 检测。 3、RAM 存储器操作指令。 RAM 读取指令，只讲 2 条，其它的大家有需要可以随时去查资料。 Read Scratchpad（读暂存寄存器):0xBE 这里要注意的是，DS18B20 的温度数据是 2 个字节，我们读取数据的时候，先读取到的是低字节的低位，读完了第一个字节后，再读高字节的低位，直到两个字节全部读取完毕。 Convert Temperature（启动温度转换）：0x44 当我们发送一个启动温度转换的指令后，DS18B20 开始进行转换。从转换开始到获取温度，DS18B20 是需要时间的，而这个时间长短取决于 DS18B20 的精度。前边说 DS18B20 最高可以用 12 位来存储温度，但是也可以用 11 位，10 位和 9 位一共四种格式。位数越高，精度越高，9 位模式最低位变化 1 个数字温度变化 0.5 度，同时转换速度也要快一些，如图所示： 4、DS18B20 的位读写时序。 写时序图如图所示: 当要给DS18B20写入1的时候，单片机先将这个引脚拉低，拉低时间大于1us，然后马上释放总线，即拉高引脚，并且持续时间也要大于60us。和写0类似的是，DS18B20会在15us到60us之间来读取这个1。 可以看出来，DS18B20的时序比较严格，写的过程中最好不要有中断打断，但是在两个“位”之间的间隔，是大于1小于无穷的，那在这个时间段，我们是可以开中断来处理其它程序的。 void DS18B20_Write(unsigned char dat) { unsigned char mask; EA = 0; //禁止总中断 for (mask = 0x01; mask !=0 ; mask unsigned char dat; unsigned char mask; EA = 0; //禁止总中断 for (mask = 0x01; mask != 0; mask unsigned char i; do{ i = 2; _nop_(); while (--i); }while (--t); } /** *@函数名称：DS18B20_GetAck * *@功能： 复位总线，获取存在脉冲，以启动一次读写操作 * *@参数： 无 * *@返回值： ack-脉冲数据 */ bit DS18B20_GetAck() { bit ack; EA = 0; //禁止总中断 IO_18B20 = 0; //产生 500us 复位脉冲 DelayX10us(50); IO_18B20 = 1; DelayX10us(6); //延时 60us ack = IO_18B20; //读取存在脉冲 while(!IO_18B20); //等待存在脉冲结束 EA = 1; //重新使能总中断 return ack; } /** *@函数名称：DS18B20_Write * *@功能： 向 DS18B20 写入一个字节 * *@参数： dat-待写入字节 * *@返回值： 无 */ void DS18B20_Write(unsigned char dat) { unsigned char mask; EA = 0; //禁止总中断 for (mask = 0x01; mask != 0; mask unsigned char dat; unsigned char mask; EA = 0; //禁止总中断 for (mask=0x01; mask!=0; mask bit ack; ack = DS18B20_GetAck(); //执行总线复位，并获取 18B20 应答 if (ack == 0) //如 18B20 正确应答，则启动一次转换 { DS18B20_Write(0xCC); //跳过 ROM 操作 DS18B20_Write(0x44); //启动一次温度转换 } return ~ack; //ack==0 表示操作成功，所以返回值对其取反 } /** *@函数名称：DS18B20_GetTemp * *@功能： 读取 DS18B20 转换的温度值 * *@参数： temp-地址 * *@返回值： ~ack-表示是否读取成功 */ bit DS18B20_GetTemp(int *temp) { bit ack; unsigned char LSB, MSB; //16bit 温度值的低字节和高字节 ack = DS18B20_GetAck(); //执行总线复位，并获取 18B20 应答 if (ack == 0) //如 18B20 正确应答，则读取温度值 { DS18B20_Write(0xCC); //跳过 ROM 操作 DS18B20_Write(0xBE); //发送读命令 LSB = DS18B20_Read(); //读温度值的低字节 MSB = DS18B20_Read(); //读温度值的高字节 *temp = ((int)MSB if (flag1s) //每秒更新一次温度 { flag1s = 0; res = DS18B20_GetTemp(&temp); //读取当前温度 if (res) //读取成功时，刷新当前温度显示 { intT = temp >> 4; //分离出温度值整数部分 decT = temp & 0xF; //分离出温度值小数部分 len = IntToString(str, intT); //整数部分转换为字符串 str[len++] = '.'; //添加小数点 decT = (decT*10) / 16; //二进制的小数部分转换为 1 位十进制位 str[len ++] = decT + '0'; //十进制小数位再转换为 ASCII 字符 while (len LCD1602_ShowStr(0, 0, "error!"); } DS18B20_Start(); //重新启动下一次转换 } } } /* 整型数转换为字符串，str-字符串指针，dat-待转换数，返回值-字符串长度 */ unsigned char IntToString(unsigned char *str, int dat) { signed char i = 0; unsigned char len = 0; unsigned char buf[6]; if (dat //先转换为低位在前的十进制数组 buf[i ++] = dat % 10; dat /= 10; } while (dat > 0); len += i; //i 最后的值就是有效字符的个数 while (i -- > 0) //将数组值转换为 ASCII 码反向拷贝到接收指针上 { *str++ = buf[i] + '0'; } *str = '\0'; //添加字符串结束符 return len; //返回字符串长度 } /* 配置并启动 T0，ms-T0 定时时间 */ void ConfigTimer0(unsigned int ms) { unsigned long tmp; //临时变量 tmp = 11059200 / 12; //定时器计数频率 tmp = (tmp * ms) / 1000; //计算所需的计数值 tmp = 65536 - tmp; //计算定时器重载值 tmp = tmp + 12; //补偿中断响应延时造成的误差 T0RH = (unsigned char)(tmp>>8); //定时器重载值拆分为高低字节 T0RL = (unsigned char)tmp; TMOD &= 0xF0; //清零 T0 的控制位 TMOD |= 0x01; //配置 T0 为模式 1 TH0 = T0RH; //加载 T0 重载值 TL0 = T0RL; ET0 = 1; //使能 T0 中断 TR0 = 1; //启动 T0 } /* T0 中断服务函数，完成 1 秒定时 */ void InterruptTimer0() interrupt 1 { static unsigned char tmr1s = 0; TH0 = T0RH; //重新加载重载值 TL0 = T0RL; tmr1s++; if (tmr1s >= 100) //定时 1s { tmr1s = 0; flag1s = 1; } } |
一共 2 个字节，LSB 是低字节，MSB 是高字节，其中 MSb 是字节的高位，LSb 是字节的低位。大家可以看出来，二进制数字，每一位代表的温度的含义，都表示出来了。其中 S 表示的是符号位，低 11 位都是 2 的幂，用来表示最终的温度。DS18B20 的温度测量范围是从-55 度到+125 度，而温度数据的表现形式，有正负温度，寄存器中每个数字如同卡尺的刻度一样分布，如图所示: 
二进制数字最低位变化 1，代表温度变化 0.0625 度的映射关系。当 0 度的时候，那就是0x0000，当温度 125 度的时候，对应十六进制是 0x07D0，当温度是零下 55 度的时候，对应的数字是 0xFC90。反过来说，当数字是 0x0001 的时候，那温度就是 0.0625 度了。
大家注意看图，实粗线是我们的单片机 IO 口拉低这个引脚，虚粗线是 DS18B20 拉低这个引脚，细线是单片机和 DS18B20 释放总线后，依靠上拉电阻的作用把 IO 口引脚拉上去。这个我们前边提到过了，51 单片机释放总线就是给高电平。
其中寄存器 R1 和 R0 决定了转换的位数，出厂默认值就 11，也就是 12 位表示温度，最大的转换时间是 750ms。当启动转换后，至少要再等 750ms 之后才能读取温度，否则读到的温度有可能是错误的值。这就是为什么很多同学读 DS18B20 的时候，第一次读出来的是 85度，这个值要么是没有启动转换，要么是启动转换了，但还没有等待一次转换彻底完成，读到的是一个错误的数据。
当要给DS18B20写入0的时候，单片机直接将引脚拉低，持续时间大于60us小于120us 就可以了。图上显示的意思是，单片机先拉低15us之后，DS18B20会在从15us到60us之间的时间来读取这一位，DS18B20最早会在15us的时刻读取，典型值是在30us的时刻读取，最多不会超过60us，DS18B20必然读取完毕，所以持续时间超过60us即可。【本文地址】