基于51单片机的DS18B20温度测量仪:LCD1602显示

DS18B20温度传感器

  • DS18B20相关介绍
  • 学习视频推荐
  • DS18B20特性
  • 封装形式与引脚说明
  • 供电方式(外部电源供电、寄生电源供电、寄生电源强上拉)
  • 内部结构
  • 温度存储格式及配置寄存器(模式和分辨率)
  • DS18B20指令(ROM指令操作)
  • 指令的使用
  • 注意事项
  • 时序图
  • 初始化
  • 写时序(写0或1)
  • 读时序(读0或1)
  • 程序代码
  • LCD1602显示温度
  • main.c(主函数)
  • 项目展示
  • DS18B20相关介绍

    学习视频推荐

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    DS18B20特性

    1.独特的单总线接口,就需一条线则可实现双向通信(测温)
    2.测温范围:-55℃~+125℃,可通过编程设定9—12位分辨率,对应分辨温度分别为0.5、0.25、0.125、0.0625℃。
    3.支持多点组网(可连接多个DS18B20温度传感器),多个DS18B20可以并联(3或2线)实现多个组网测温,但注意超过8个要解决好供电问题,否则电压过低会导致传输不稳定,从而数据不准确。
    4.工作电压:3.0~5.5V (寄生电源方式下可由数据线供电)
    5.在使用过程中不需要外围电路,全部传感元件及转换电路都在芯片内了。(上拉电阻
    6.测温结果直接是数字量输出,单总线串行传送方式,同时可传送CRC校验码(校验数据采集是否正确),具有极强的抗干扰和纠错能力。
    7.在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字,12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字。
    8.负压特性:电源极性接反时,芯片不会因发热而烧毁, 但不能正常工作。

    封装形式与引脚说明

    供电方式(外部电源供电、寄生电源供电、寄生电源强上拉)


    内部结构

    DS18B20内部结构如图所示,其中与操作有关的是:64位光刻ROM、温度传感器、9个字节的RAM存储器、EEPROM(温度报警寄存器TH和TL、配置寄存器)。

    光刻ROM中64位序列号是出厂前就光刻好的,相当地址序列号。排列是低位开始,低8位(产品类型标号),接着48位(自身序列号,)相当于身份证号、最高8位(前面56位的循环亢余校验码)。
    如果一条总线挂接多个DS18B20需要MCU(微控制器)通过单总线对多个DS18B20进行寻址。

    温度存储格式及配置寄存器(模式和分辨率)

    DS18B20温度传感器进行测温,测温是以16位的二进制形式提供。
    存放格式:

    16位中 低4位是温度的小数部分、最高5位是温度的正负(全为0为正,全为1为负),中间的7位则是温度的整数部分。小数部分十进制等于16进制乘0.0625。

    例子:

    注意:如果是负数温度,那么得按位取反+1。
    比如数据为 1111 1100 1001 0000
    首先低4位都为0.所以温度小数部分为0。最高5位为1,所以温度是负数,所以我们得按位取反才是正确的数, 温度的整数部分为 100 1001——>按位取反得:011 0110 再+1 则结果是 011 0111 ——>0x37(16进制)——>55℃(十进制)

    配置寄存器

    TM R1 R0 1 1 1 1 1

    TM:测试模式位,用于设置是在工作方式还是测试模式。在DS18B20出厂时该位设为0,用户不要改动。
    R1 R0:分辨率设置

    R1 R0 分辨率/位 温度最大转向时间/ms
    0 0 9 93.75
    0 1 10 187.5
    1 0 11 375
    1 1 12 750

    DS18B20指令(ROM指令操作)

    序号 指令 代码 说明
    1 读取ROM 33H 读DS18B20的64位序列号(只能适用于总线上只有一个DS18B20)
    2 符合 ROM 55H 匹配指令,发出64位ROM编码,与总线上一个或多个DS18B20匹配,完全对应则响应。(单个或多个均可)
    3 跳过 ROM CCH 忽略64位ROM地址,直接向DS18B20发温度变换指令,适用于单片机工作。(适用于单个DS18B20)。
    4 搜索 ROM F0H 用于确定挂接在总线上DS18B20个数和 识别64位ROM地址(一般用于多个DS18B20)。
    5 报警搜索命令 ECH 执行后搜索温度超过设定值上限或下限才做出响应。
    6 写暂存器 4EH 在该写暂存器指令后向DS18B20的暂存器TH.TL以及配置寄存器中写入数据。
    7 读暂存器 BEH 发送该指令后DS18B20将从一个字节开始,依次送出9个字节的内容。如果不想读完所有字节。控制器可以在任何时间发出复位指令中止读取或直接不读取。
    8 复制暂存器 48H 将TH.TL和配置寄存器的内容拷贝到EEPROM中,如果使用寄生电源,总线控制器必须在这条指令发出后10us内启动强上拉并保持至少10ms时间。
    9 启动温度转换指令 44H 温度转换完成后存放在第1个和第2个字节中,如果是寄生电源,总线必须在发出这条指令后的10us内启动强上拉。
    10 复制EEPROM指令 B8H 把TH.TL和配置寄存器的值拷贝回暂存器。这种拷贝操作在DS18B20上电时自动执行,上电后,暂存器里就存了有效数据。
    11 读供电方式指令 B4H 发给DS18B20后,再发出读时间间隙,后返回电源模式:0为寄生电源、1为外部电源。

    注:每个指令在写都是 低位在前 高位在后 DS18B20发送也是先发低位,再发高位。
    比如发送跳过ROM指令(CCH) 二进制位:1100 1100 。发送顺序为
    0、0 、1、1、 0、 0、 1、 1 。

    指令的使用

    多个DS18B20情况: 对某一个操作时,主机先逐个与DS18B20挂接-搜索ROM——(F0H),发出匹配ROM指令(55H),紧接着提供64位序列号,之后操作就是针对DS18B20的了。

    单个DS18B20情况: 不需要搜索ROM指令,读ROM指令以及匹配ROM等操作,直接跳过ROM指令(CCH),温度转换(44H),读温度操作(8EH)。

    注意事项

    一、 DS18B20硬件是简单,但软件就比较复杂,特别是时序要求。
    二、 连接DS18B20线长限制:部分资料显示:
    采用普通信号电缆传输超50m时,测温数据不稳定。
    采用带屏蔽层双绞线电缆,正常通讯距离可达到150m。
    采用每米绞合次数更多的带屏蔽层双绞线电缆时,通讯距离进一步加长。
    三、 距离长了测温要考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。
    在测温程序设计中,一般如果硬件没什么问题,可以采用延时来跳过检测,但是如果要检测是否有应答要注意不要进入了死循环。

    时序图

    初始化

    /*DS18B20初始化函数*/
    void initDs18b20()
    {
    	DS18B20 = 1;
    	delay20us();
    	DS18B20 = 0;   //拉低电平 
    	delay480us();  //480us-960us之间均可
    	DS18B20 = 1;   //拉高电平
    	delay50us();   //等待15us-60us
    	if(DS18B20 == 1) //如果未响应
    	{
    		ds18b20Flag = 1; //DS18B20未响应 标志位置1
    	}
    	delay240us();	
    }
    

    写时序(写0或1)

    /*DS18B20写命令函数*/
    void ds18b20WriteData(unsigned char com)
    {
    	unsigned char i;
    	for(i=0;i<8;i++)
    	{
    		DS18B20 = 0; //拉低电平
    		//延时至少1us
    		DS18B20 = com&0x01;
    		delay60us(); //至少60us直到周期结束
    		DS18B20 = 1;
    		com = com>>1; //右移一位
    	}		
    }
    

    读时序(读0或1)

    /*DS18B20读数据函数*/
    unsigned char ds18b20ReadData()
    {
    	unsigned char i;
    	unsigned char dat = 0; //接收数据
    
    	for(i=0;i<8;i++)
    	{
    		DS18B20 = 0;  //拉低电平至少1us
    		dat=dat>>1;	  //右移一位
    		DS18B20 = 1; //释放总线
    		if(DS18B20 == 1) //如果是1
    		{
    			dat = dat|0x80;
    		}
    		delay45us(); //保持45us
    		DS18B20 = 1; //释放总线
    	}
    	return dat;
    }
    

    程序代码

    每一次进行写ROM相关命令都记得初始化。
    对于单个DS18B20我们可以直接跳过ROM指令 直接温度转换。读取温度

    步骤:
    1.初始化
    2.跳过ROM指令
    3.启动温度转换(需要时间)
    4.延时(等待温度转换)
    5.初始化 (记得每写ROM相关命令记得需要从初始化开始)
    6.读取温度
    7.显示温度

    LCD1602显示温度

    main.c(主函数)

    #include <reg52.h>
    #include "delay.h"
    #include "lcd1602.h"
    
    sbit DS18B20 = P3^7; //DS18B20引脚
    unsigned char ds18b20Flag; //DS18B20是否响应标志位
    unsigned char temperature[2] = {'\0'}; //存放温度整数和小数
    unsigned char code array[14] = {"DS18B20 error!"};
    unsigned char code array1[5] = {"Temp:"};
    
    /*DS18B20初始化函数*/
    void initDs18b20()
    {
    	DS18B20 = 1;
    	delay20us();
    	DS18B20 = 0;   //拉低电平 
    	delay480us();  //480us-960us之间均可
    	DS18B20 = 1;   //拉高电平
    	delay50us();   //等待15us-60us
    	if(DS18B20 == 1) //如果未响应
    	{
    		ds18b20Flag = 1; //DS18B20未响应 标志位置1
    	}
    	delay240us();	
    }
    
    	
    /*DS18B20写命令函数*/
    void ds18b20WriteData(unsigned char com)
    {
    	unsigned char i;
    	for(i=0;i<8;i++)
    	{
    		DS18B20 = 0; //拉低电平
    		//延时至少1us
    		DS18B20 = com&0x01;
    		delay60us();
    		DS18B20 = 1;
    		com = com>>1;
    	}		
    }
    
    /*DS18B20读数据函数*/
    unsigned char ds18b20ReadData()
    {
    	unsigned char i;
    	unsigned char dat = 0; //接收数据
    
    	for(i=0;i<8;i++)
    	{
    		DS18B20 = 0;  //拉低电平至少1us
    		dat=dat>>1;	  //右移一位
    		DS18B20 = 1; //释放总线
    		if(DS18B20 == 1)
    		{
    			dat = dat|0x80;
    		}
    		delay45us(); //保持45us
    		DS18B20 = 1; //释放总线
    	}
    	return dat;
    }
    
    /*读取温度函数*/
    void readTemperature()
    {
    	unsigned char temperatureLow;  //温度低字节
    	unsigned char temperatureHigh; //温度高字节
    	unsigned char tempFlag = 0; //温度正负标志位
    	unsigned char disposeValue; //处理值
    	
    
    	initDs18b20();	//初始化DS18B20
    	ds18b20WriteData(0xcc); //跳过ROM
    	ds18b20WriteData(0x44); //启动温度转换指令
    	//延时一段时间
    	delay800ms();
    	
    	initDs18b20(); //每一次写命令都需要初始化
    	ds18b20WriteData(0xcc); //跳过ROM
    	ds18b20WriteData(0xbe); //读暂存器内容
    	
    	temperatureLow = ds18b20ReadData();	 //获取温度的第一个字节
    	temperatureHigh = ds18b20ReadData(); //获取温度的第二个字节
    	
    	disposeValue = (temperatureHigh<<4)|(temperatureLow>>4);  //获取温度整数部分
    	if(disposeValue>=128)  //温度是负数
    	{
    		disposeValue = ~disposeValue+1;
    		tempFlag = 1;
    	}
    	temperature[0] = disposeValue; //温度整数
    	temperature[1] = temperatureLow & 0x0f; //温度小数 
    		
    }
    
    void displayTemperature()
    {
    	write_com(0x85);
    	write_data((temperature[0]/100) + 0x30); //温度百位
    	write_com(0x86);
    	write_data((temperature[0]/10%10) + 0x30); //温度十位
    	write_com(0x87);
    	write_data((temperature[0]%10) + 0x30);   //温度个位
    
    	write_com(0x88);
    	write_data('.');
    
    	write_com(0x89);
    	write_data((temperature[1]*10/16) + 0x30);	//小数第一位
    //	write_data((tempterature[1]*625/1000));
    	write_com(0x8a);
    	write_data((temperature[1]*100/16%10) + 0x30);	//小数第二位
    //	write_data((tempterature[1]*625/100%10));
    
    	/* 显示 ℃ */
    	write_com(0x8b);
    	write_data(0xdf);
    	write_com(0x8c); 
    	write_data('C');
    }
    
    
    void main()
    {
    	unsigned char i;
    
    	init_lcd(); //初始化1602
    	write_com(0x80);
    	for(i=0;i<5;i++)
    	{
    		write_data(array1[i]);
    	}
    	while(1)
    	{
    		readTemperature();	  //读取温度
    			
    		if(ds18b20Flag == 1)  //如果初始化错误
    		{
    			for(i=0;i<14;i++)
    			{
    				write_com(0x80);
    				write_data(array[i]);	//显示DS18B20 error!
    			}
    		}
    		else
    		{
    			displayTemperature(); //温度显示
    		}
    				
    	}
    }
    

    项目展示

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