代码收藏家 精准测温，51单片机搭载DS18B20温度传感器
DS18B20
介绍
DS18B20是一种常见的数字温度传感器，其控制命令和数据都是以数字信号的方式输入输出，相比较于模拟温度传感器，具有功能强大、硬件简单、易扩展、抗干扰性强等特点，其测温范围大约在-55°C 到 +125°C之间，它的通信接口是1-Wire（单总线），其它特征有可形成总线结构、内置温度报警功能、可寄生供电（可寄生供电即无需接VCC，只需要接数据线与GND即可完成数据通信，节省线路）
关于温度的测量，我们可以用温度传感器或者数字温度传感器，但是数字温度传感器总体会比温度传感器的精度要高一些。
本单片机的DS18B20无需设计电路，只需要通过引脚与单总线通信协议，将RAM里面的温度转化读取出来即可，因此我就不在说明里面的电路构造了
存储器
TEMPERATURE SENSOR（温度传感器）相当于内部的模拟传感器集成部分。
当发出指令让其开始温度转换时，该部分就开始工作，并将数据放入RAM中。
ALARM HIGH TRIGGER REGISTER（TH，报警高触发器）用于存储温度上限阈值，实现温度报警。
存储介质为EEPROM，掉电不丢失数据。
ALARM LOW TRIGGER REGISTER（TL，报警低触发器）用于存储温度下限阈值，实现温度报警。
存储介质为EEPROM，掉电不丢失数据。
CONFIGURATION REGISTER（配置寄存器）用于设置分辨率（精度）
——这里出厂默认最高精度为0.0625℃。
可以通过配置寄存器中两位（其他位无效）来降低精度，最低为0.5℃。
当精度降低时，温度转换速率会迅速提升。（相当于处理的数据少了，流程简化，速度就上去了）
存储介质为EEPROM，掉电不丢失数据。
8-BIT CRC GENERATOR（8位CRC生成器）中CRC为校验码，该部分将RAM之前的数据进行校验，并生成一个校验码放于后端，通讯时检测即可判断数据是否正确。（CRC为校正率较高的一种校验码）
温度存储部分：
Byte 0存储的是温度的最低有效字节，括号内为默认值。
Byte1存储的是温度的最高有效字节，括号内为默认值。
两个字节共同组成温度值，在未变动情况下，默认值为85℃。（不同单片机默认值不一样）
配置温度数据部分：
Byte 2存储为温度上限阈值，Byte 3存储为温度下限阈值，Byte 4存储为精度（分辨率）。
右边的EEPROM负责存储数据，需要读取与写入数据要先经过RAM部分，然后通过指令将数据存储进EEPROM中（当上电时，EEPROM的数据会自动放入RAM中）
Byte 5~Byte 7为保留部分，说白了，就是没有任何用处，只不过为了以后的功能添加而预留的位置。
CRC校验部分：
将前面八个字节进行运算，并生成CRC校验码。
可以读取CRC校验码，并对前面八个字节数据进行运算，如果运算结果与CRC相同，那么校验正确，反之数据出错。
单总线时序结构
初始化
由于这是单总线，所以数据传送的时间一定要严格
图中黑粗线Bus master pulling low（主机拉低）是将总线拉低；而图中黑细线Resistor pullup为上拉电阻将总线上拉（因为是弱上拉，所以利用曲线来表示弱的状态，而不是强上拉一下拉上去）
当从机存在时，从机会将总线拉低（即图中棕线DS18B20 pulling low）。最终上拉电阻拉高，总线恢复空闲状态。由于中间的操作间隔时间是范围值，没有确切的参考数据，于是取中间值来作为等待间隔时间，对于以上的操作，可以将过程分为复位与响应两个部分
发送一位
我们可以将上面的部分分为发送0与发送1两部分的时序。换句话说，就是通过时间的不同来区分数据是输入1还是0.
发送0时，拉低超过60us且不能超过120us，否则如果超过120us时，可能会变为初始化操作（至少480us），两个数据发送中间存在总线恢复时间，因此连续发送两位不能低于这个恢复时间。
图中阴影部分，表示可以在1~15us时释放总线即可，这时电阻都会将总线拉高。
从机在主线拉低30us后进行操作（如果发送0，就一直保持总线拉低；如果发送1，就在主线拉低后，将总线释放），这样就可以很清楚的确认要发送的数据了。若在主线拉低15us后进行操作，就有可能会出现一些数据传输的偏差，因为发送1的时序在15us时，正处于主线拉高的状态，我们无法准确的判断此时是否已经完成拉高的操作，因此在30us后进行最合适。
接收一位
当主机拉低总线后，从机如果需要发0，那么也拉低总线，当主机在1~15us后释放总线时，因为从机拉低着，因此总线状态为拉低状态。
当主机拉低总线后，从机如果需要发1，那么就不动总线。当主机经过1~15us后释放总线时，因为没有被拉低，因此总线状态为拉高状态。在总机拉低后15us内读取总线电平（I/O口），即可知道从机需要发送的数据。
发送与接收一个字节
DS18B20操作
首先，我们需要将DS18B20进行初始化，让从机复位，主机判断从机是否响应
然后，就是ROM的操作和功能指令的操作
ROM
对于ROM的操作，就是ROM指令+本指令需要的读写操作
SEARCH ROM就是表面意思，搜索ROM。
READ ROM就是读取ROM：先调用读取指令，再调用读取时序（接收部分），就可以将ROM读取出来。
MATCH ROM就是匹配ROM：先发送匹配指令，然后发送ROM地址，实现利用该指令匹配与哪个设备进行通信的效果。
SKIP ROM就是跳过ROM：调用跳过指令，直接将ROM部分跳过进入下一部分。但是，要注意的是，当总线上只有一个设备时使用。多个设备挂载时，使用这个指令会产生混乱，无法确定是哪个设备
ALARM SEARCH就是报警搜索：当挂载多个设备的情况下，某个设备温度超过设定温度阈值时，会产生报警，利用这个指令即可快速搜索出超过温度阈值的设备。
功能指令
CONVERT T（温度变换）：调用该指令时，温度传感器部分会将温度数据的模拟信号转化为数字信号，并将数据放在RAM中，从而达到RAM里面的温度数据与外界温度几乎同步的状态。
WRITE SCRATCHPAD（写暂存器）：调用该指令后，再接着写入时序（发送一个字节部分），那么该字节就会被写入RAM中的配置温度数据部分。
READ SCRATCHPAD（读暂存器）：调用该指令后，再接着接收时序（接收一个字节部分部分），那么DS18B20就会依次将RAM里面内容读取出来（直到CRC）。至于代码的实现只需要读取前两个字节（温度数据）即可。
COPY SCRATCHPAD（复制暂存器）：调用该指令后，DS18B20就会把RAM中配置温度数据部分写入EEPROM中（实现掉电不丢失）。
RECALL E2（重调E2暂存器）：调用该指令后，DS18B20就会把EEPROM中数据放入RAM中（覆盖之前的数据）。
READ POWER SUPPLY（读取设备供电模式）：调用该指令后，紧跟着读取一位时序（接收一位字节部分），就会返回当前供电状态（独立供电或寄生供电），因为进行操作（如数据变换）时，需要高电能补充；因此在寄生供电状态下，需要调强上拉模式；如果在独立供电时，就不需要调；
DS18B20数据帧
以上是温度变换与读取的相关操作。
温度存储的原理
这里的小数部分依靠二分法的机制进行补位，最小分度为0.0625，即每次数据加一，即温度增加0.0625℃。这里数据的存储方式以二进制补码的形式存储。即正数保持不变，负数则将对应的正数每个位取反，最后加一。
代码
温度读取代码
主函数代码
#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"
#include "LCD1602.h"
#include "OneWire.h"
#include "DS18B20.h"
float T;
void main()
{
LCD_Init();
LCD_ShowString(1,1,"Temperature:");
while(1)
{
DS18B20_ConverT();
T=DS18B20_ReadT();
if(T<0)
{
LCD_ShowChar(2,1,'-');
T=-T;
}
else
{
LCD_ShowChar(2,1,'+');
}
LCD_ShowNum(2,2,T,3);
LCD_ShowChar(2,5,'.');
LCD_ShowNum(2,6,(unsigned long)(T*10000)%10000,4);//这样便可以将小数部分进行显示了
}
}部分模块代码
#include <REGX52.H>
sbit OneWire_DQ=P3^7;
/**
* @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;
}
/**
* @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;
}
/**
* @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;
}
/**
* @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);
}
}
/**
* @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;
}
#include <REGX52.H>
#include "OneWire.h"
#include "LCD1602.h"
#define DS18B20_SKIP_ROM 0xCC
#define DS18B20_CONVERT_T 0x44
#define DS18B20_READ_SCARTCHPAD 0xBE
/**
* @brief DS18B20开始温度变换
* @param 无
* @retval 无
*/
void DS18B20_ConverT(void)
{
OneWire_Init();
OneWire_SendByte(DS18B20_SKIP_ROM);
OneWire_SendByte(DS18B20_CONVERT_T);
}
/**
* @brief DS18B20读取温度
* @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_SCARTCHPAD);
TLSB=OneWire_ReceiveByte();
TMSB=OneWire_ReceiveByte();
Temp=(TMSB<<8)|TLSB;
T=Temp/16.0;
return T;
}温度警报器代码
主函数代码
#include <REGX52.H>
#include "AT24C02.h"
#include "Delay.h"
#include "I2C.h"
#include "LCD1602.h"
#include "Key.h"
#include "DS18B20.h"
#include "OneWire.h"
#include "Timer0.h"
float T,TShow;
char TLow,THigh; //定义温度上限与下限阈值
unsigned char KeyNum;
void main()
{
DS18B20_ConverT(); //使得温度数据不是默认值
Delay(1000);
THigh=AT24C02_ReadByte(0); //读取掉电前的数据
TLow=AT24C02_ReadByte(1);
if(THigh>125||TLow<-55||THigh<=TLow)
{
THigh=20;
TLow=15;
}
LCD_Init();
LCD_ShowString(1,1,"T:");
LCD_ShowString(2,1,"TH:");
LCD_ShowString(2,9,"TL:");
LCD_ShowSignedNum(2,4,THigh,3); //上限阈值
LCD_ShowSignedNum(2,12,TLow,3); //下限阈值
Timer0_Init();
while(1)
{
KeyNum=Key();
/*温度读取及显示*/
DS18B20_ConverT();
T=DS18B20_ReadT();
if(T<0)
{
LCD_ShowChar(1,3,'-');
TShow=-T;
}
else
{
LCD_ShowChar(1,3,'+');
TShow=T;
}
LCD_ShowNum(1,4,TShow,3);
LCD_ShowChar(1,7,'.');
LCD_ShowNum(1,8,(unsigned long)(TShow*100)%100,2);
/*阈值判断及显示*/
if(KeyNum) //在按键按下时才进行检查，减少扫描时间
{
if(KeyNum==1)
{
THigh++;
if(THigh>125){THigh=125;}
}
if(KeyNum==2)
{
THigh--;
if(THigh<=TLow){THigh++;}
}
if(KeyNum==3)
{
TLow++;
if(TLow>=THigh){TLow--;}
}
if(KeyNum==4)
{
TLow--;
if(TLow<-55){TLow=-55;}
}
LCD_ShowSignedNum(2,4,THigh,3);
LCD_ShowSignedNum(2,12,TLow,3);
AT24C02_WriteByte(0,THigh); //保存上限下限的阈值数据
Delay(5);
AT24C02_WriteByte(1,TLow);
Delay(5);
}
if(T>THigh)
{
LCD_ShowString(1,13,"OV:H");
}
else if(T<TLow)
{
LCD_ShowString(1,13,"OV:L");
}
else
{
LCD_ShowString(1,13," ");
}
}
}
void Timer0_Routine() interrupt 1
{
static unsigned int T0Count;
TL0 = 0x18; //设置定时初值
TH0 = 0xFC; //设置定时初值
T0Count++;
if(T0Count>=20)
{
T0Count=0;
Key_Loop(); //在较短的时间内不断判断按键的状态
}
}部分模块代码
#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"
unsigned char Key_KeyNumber;
unsigned char Key(void)
{
unsigned char Temp=0;
Temp=Key_KeyNumber;
Key_KeyNumber=0;
return Temp;
}
unsigned char Key_GetState()
{
unsigned char KeyNumber=0;
if(P3_1==0){KeyNumber=1;}
if(P3_0==0){KeyNumber=2;}
if(P3_2==0){KeyNumber=3;}
if(P3_3==0){KeyNumber=4;}
return KeyNumber;
}
void Key_Loop(void)
{
static unsigned char NowState,LastState;
LastState=NowState; //由于按键按下时的前后状态会不同，就可以用判断的方法去确定是否按下按键
NowState=Key_GetState(); //这样做就可以避免调入死循环中
if(LastState==1&&NowState==0)
{
Key_KeyNumber=1;
}
if(LastState==2&&NowState==0)
{
Key_KeyNumber=2;
}
if(LastState==3&&NowState==0)
{
Key_KeyNumber=3;
}
if(LastState==4&&NowState==0)
{
Key_KeyNumber=4;
}
}
unsigned char OneWire_Init(void)
{
unsigned char i;
unsigned char AckBit;
EA=0; //关闭定时器0
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
EA=1; //打开定时器0
return AckBit;
}
void OneWire_SendBit(unsigned char Bit)
{
unsigned char i;
EA=0; //关闭定时器0
OneWire_DQ=0;
i = 4;while (--i); //Delay 10us
OneWire_DQ=Bit;
i = 24;while (--i); //Delay 50us
OneWire_DQ=1;
EA=1; //打开定时器0
}
