51单片机——DS18B20 温度传感器实验，小白讲解，相互学习

DS18B20 介绍         DS18B20 是由 DALLAS 半导体公司推出的一种的“一线总线（单总线）”接 口的温度传感器。与传统的热敏电阻等测温元件相比，它是一种新型的体积小、 适用电压宽、与微处理器接口简单的数字化温度传感器。 DS18B20 温度传感器具有如下特点： 1、适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据 线供电。 2、独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即 可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。 3、DS18B20 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上， 实现组网多点测温。 4、DS18B20 在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成 在形如一只三极管的集成电路内。 5、温范围－55℃～+125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃ 6、可编程的分辨率为 9～12 位，对应的可分辨温度分别为 0.5℃、0.25℃、 0.125℃ ，0.0625℃，可实现高精度测温。 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，速度更快。 8、测量结果直接输出数字温度信号，以"一根总线"串行传送给 CPU，同时可传送 CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。 9、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。DS18B20 外观实物如下图所示：         从 DS18B20 外观图可以看到，当我们正对传感器切面（传感器型号字符那 一面）时，传感器的管脚顺序是从左到右排列。管脚 1 为 GND，管脚 2 为数据 DQ，管脚 3 为 VDD。如果把传感器插反，那么电源将短路，传感器就会发烫， 很容易损坏，所以一定要注意传感器方向，通常我们在开发板上都会标出传感器 的凸起出，所以只需要把传感器凸起的方向对着开发板凸起方向插入即可。 DS18B20 内部结构如下图所示：

         当温度转换命令（44H）发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存 放在高速暂存存储器的第 0 和第 1 个字节。存储的两个字节，高字节的前 5 位 是符号位 S，单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后， 数据格式如下：

         比如我们要计算+85 度，数据输出十六进制是 0X0550，因为高字节的高 5 位为 0，表明检测的温度是正温度，0X0550 对应的十进制为 1360，将这个值乘 以 12 位精度 0.0625，所以可以得到+85 度。

        计算-0.5，数据输出十六进制是0XFFF8，因为高字节的高 5 位为 1，表明检测的温度是负温度，那么0XFFF8对应的二进制(1111111111111000)就要取反，取反后变成0X0007，0X0007对应的十进制为7,在将7+1在乘以12 位精度 0.0625是0.5，因为高 5 位为 1，表明检测的温度是负温度，所以是 -0.5显示。

        知道了怎么计算温度，接下来我们就来看看如何读取温度数据，由于 DS18B20 是单总线器件，所有的单总线器件都要求采用严格的信号时序，以保证 数据的 完整性。DS18B20 时序包括如下几种：初始化时序、写（0 和 1）时序、 读（0 和 1）时序。 DS18B20 发送所有的命令和数据都是字节的低位在前。这里我们 简单介绍这几个信号的时序：

初始化时序

        单总线上的所有通信都是以初始化序列开始。主机输出低电平，保持低电平 时间至少 480us（该时间的时间范围可以从 480 到 960 微妙），以产生复位脉 冲。接着主机释放总线，外部的上拉电阻将单总线拉高，延时 15～60 us，并进入接收模式。接着 DS18B20 拉低总线 60~240 us，以产生低电平应答脉冲，若为低电平，还要做延时，其延时的时间从外部上拉电阻将单总线拉高算起最少要 480 微妙。初始化时序图如下：

写时序

        写时序包括写 0 时序和写 1 时序。所有写时序至少需要 60us，且在 2 次 独立的写时序之间至少需要 1us 的恢复时间，两种写时序均起始于主机拉低总 线。写 1 时序：主机输出低电平，延时 2us，然后释放总线，延时 60us。写 0 时序：主机输出低电平，延时 60us，然后释放总线，延时 2us。写时序图如下：

         在了解了单总线时序之后，我们来看看 DS18B20 的典型温度读取过程， DS18B20 的典型温度读取过程为：复位→发 SKIP ROM 命令（0XCC）→发开始转 换命令（0X44）→延时→复位→发送 SKIP ROM 命令（0XCC）→发读存储器命令（0XBE）→连续读出两个字节数据(即温度)→结束。

硬件设计

本实验使用到硬件资源如下：

（1）动态数码管                                                                                                                        （2）DS18B20                                                                                                                                           动态数码管电路在前面章节已介绍，这里就不再重复。下面来看下开发板上 DS18B20 模块电路，如下图所示：

/******************************************************************** *********** * 函 数 名 : smg_display * 函数功能 : 动态数码管显示 * 输 入 : dat ：要显示的数据 pos ：从左开始第几个位置开始显示，范围 1-8 * 输 出 : 无 ********************************************************************* **********/ void smg_display ( u8 dat [], u8 pos ) {         u8 i = 0 ;         u8 pos_temp = pos - 1 ;         for ( i = pos_temp ; i < 8 ; i ++)         {                 switch ( i ) // 位选                 {                         case 0 : LSC = 1 ; LSB = 1 ; LSA = 1 ; break ;                         case 1 : LSC = 1 ; LSB = 1 ; LSA = 0 ; break ;                         case 2 : LSC = 1 ; LSB = 0 ; LSA = 1 ; break ;                         case 3 : LSC = 1 ; LSB = 0 ; LSA = 0 ; break ;                         case 4 : LSC = 0 ; LSB = 1 ; LSA = 1 ; break ;                         case 5 : LSC = 0 ; LSB = 1 ; LSA = 0 ; break ;                         case 6 : LSC = 0 ; LSB = 0 ; LSA = 1 ; break ;                         case 7 : LSC = 0 ; LSB = 0 ; LSA = 0 ; break ;                 }         SMG_A_DP_PORT=dat[i-pos_temp] ; // 传送段选数据         delay_10us ( 100 ); // 延时一段时间，等待显示稳定         SMG_A_DP_PORT = 0x00 ; // 消音         } }

#include "ds18b20.h"          
#include "intrins.h"/********************************************************************
***********
* 函 数 名 : ds18b20_init
* 函数功能 : 初始化 DS18B20 的 IO 口 DQ 同时检测 DS 的存在
* 输 入 : 无
* 输 出 : 1:不存在，0:存在
*********************************************************************
**********/
u8 ds18b20_init(void)
{ds18b20_reset();	// 复位 DS18B20return ds18b20_check();	// 检测 DS18B20 是否存在
}/********************************************************************
***********
* 函 数 名 : ds18b20_reset
* 函数功能 : 复位 DS18B20
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*********************************************************************
**********/void ds18b20_reset(void)
{DS18B20_PORT=0;	//首先拉低总线，给这个总线,DQ输出个低电平delay_10us(75);	//输出这个总线有个要求，要持续480-960us之间，这里要有个延时函数DS18B20_PORT=1;//延时过后要释放总线，拉高总线，给这个总线,DQ输出个高电平delay_10us(2); // 释放总线有个要求，要持续15-60us之间，这里要有个延时函数
}
/********************************************************************
***********
* 函 数 名 : ds18b20_check
* 函数功能 : 检测 DS18B20 是否存在
* 输 入 : 无
* 输 出 : 1:未检测到 DS18B20 的存在，0:存在
*********************************************************************
**********/
u8 ds18b20_check(void)
{u8 time_temp=0;
//while(DS18B20_PORT&&time_temp<20) ，等待 DQ 为低电平,，根据与运算，任何一个为假则退出，第一种检测到DS18B20_PORT低电平，
//则直接退出。第二种检测DS18B20_PORT高电平，则进入while循环，持续等待，每循环一次time_temp+1，当time_temp>=20，
//则还没有检测到低电平，就退出循环。while(DS18B20_PORT&&time_temp<20) {time_temp++;delay_10us(1);}if(time_temp>=20)return 1; //如果超时则强制返回 1，等待20次没有检测到低电平就返回1，表示未检测到 DS18B20 的存在else time_temp=0;	//检测到低电平，则直接进else 语句，不会执行上面if语句，time_temp归零等待下次检测//while((!DS18B20_PORT)&&time_temp<20)，等待 DQ 为高电平,，根据与运算，任何一个为假则退出，第一种检测到DS18B20_PORT高电平，
//这里(!DS18B20_PORT)非一下，就变成低电平，条件为假，则直接退出。第二种检测DS18B20_PORT低电平，这里(!DS18B20_PORT)非一下，
//就变成高电平，则进入while循环，持续等待，每循环一次time_temp+1，当time_temp>=20，则还没有检测到低高平，就退出循环。while((!DS18B20_PORT)&&time_temp<20) //等待 DQ 为高电平{time_temp++;delay_10us(1);}if(time_temp>=20)return 1; //如果超时则强制返回 1 ，等待20次没有检测到高电平就返回1，表示未检测到 DS18B20 的存在return 0; //如果
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名         : ds18b20_read_bit
* 函数功能		   : 从DS18B20读取一个位
* 输    入         : 无
* 输    出         : 1/0
*******************************************************************************/
u8 ds18b20_read_bit(void)  //读是没有入口参数的是void类型
{u8 dat=0;//定义一个变量保存读取到的值，初值为0DS18B20_PORT=0;//根据时序图，我们要先输出一个低电平_nop_();_nop_(); //延时2个usDS18B20_PORT=1;	//释放总线，因为IO口有上拉电阻，置1才视为释放总线
//当发送完0后，DS18B20将会释放总线，则通过上拉电阻该总线将会恢复到高电平的闲置状态。
//从DS18B20中输出的数据在初始化读时序后仅有15us的有效时间。因此，主设备在开始改读时
//段后的15us之内必须释放总线，并且对总线进行采样_nop_();_nop_(); //该段时间不能过长，必须在15us内读取数据if(DS18B20_PORT)dat=1; //如果总线上为1则数据dat为1，否则为0else dat=0;delay_10us(5);return dat;//返回读取到的值
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名         : ds18b20_read_byte
* 函数功能		   : 从DS18B20读取一个字节
* 输    入         : 无
* 输    出         : 一个字节数据*******************************************************************************
举例：ds18b20_read_bit=10010001，循环8次，每次读取一位，且先读低位再读高位，temp8次读取到的位依次是如下temp<<7		  dat>>1	  dat=(temp<<7)|(dat>>1);
temp=1	   10000000		  00000000	  10000000
temp=0	   00000000		  01000000	  01000000
temp=0	   00000000		  00100000	  00100000
temp=0	   00000000		  00010000	  00010000
temp=1	   10000000		  00001000	  10001000
temp=0	   00000000		  01000100	  01000100
temp=0	   00000000		  00100010	  00100010
temp=1	   10000000		  00010001	  10010001*******************************************************************************/u8 ds18b20_read_byte(void)//读是没有入口参数的是void类型
{u8 i=0;//一个字节8位，要循环8次，定义一个变量u8 temp=0;//保存读取到的位u8 dat=0; //保存读取到的字节for(i=0;i<8;i++){temp=ds18b20_read_bit();//循环8次，每次读取一位，且先读低位再读高位dat=(temp<<7)|(dat>>1);	//现将读取的位，左移7位到最高位，因为是先读低位再读高位，在右移一位，循环8次，移到最低位//为了之前读取到的数值，在下次循环的时候不丢失，这里用 | 或运算（参加运算的两个数只要两个数中的一个为1，结果就为1。），//把(temp<<7)和(dat>>1) 两个相加在赋予dat}return dat;}	/*******************************************************************************
* 函 数 名         : ds18b20_write_byte
* 函数功能		   : 写一个字节到DS18B20
* 输    入         : dat：要写入的字节
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void ds18b20_write_byte(u8 dat)
{u8 i=0;u8 temp=0; //把要写入的字节保存在temp里面for (i=0;i<8;i++) //循环8次，每次写一位，且先写低位再写高位{temp=dat&0x01; //选择低位准备写入，根据与运算方法，前后条件同时满足表达式为真，是从低位开始写，dat最低位是1，和0x01比较，temp=1,如果//dat最低位是0，和0x01比较，temp=0,dat>>=1;//因为这里dat&0x01比较的是最低位，所以要将次高位移到低位if(temp){DS18B20_PORT=0;//主机DS18B20_PORT输出低电平，延时 2us，然后释放总线，延时 60us。//* 函 数 名         : _nop_()
//* 函数功能		   : 指令的延迟时间为 1us
//51单片机中，1个机械周期 = 12个时钟周期 = 12 * （ 1 / f）。（f 为晶振频率）。
// 如果只用的是12MHZ的晶振，那么 一个机械周期就是1us；也就是说：
// _nop_(); 指令的延迟时间为 1us。可以较为精确得控制延迟时间_nop_();_nop_();//延时2us ,一个_nop_()是1usDS18B20_PORT=1;	//然后释放总线,	 DS18B20_PORT输出高电平delay_10us(6); //延时 60us}elseDS18B20_PORT=0;	//写 0时序：主机DS18B20_PORT输出低电平，延时 60us，然后释放总线，延时 2us。delay_10us(6);	//延时 60usDS18B20_PORT=1;	//然后释放总线,	 DS18B20_PORT输出高电平_nop_();_nop_();//延时2us ,一个_nop_()是1us	}
}/********************************************************************
***********
* 函 数 名 : ds18b20_start
* 函数功能 : 开始温度转换
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*********************************************************************
**********/
void ds18b20_start(void)
{ds18b20_reset(); //复位ds18b20_check(); //检查DS18B20ds18b20_write_byte(0XCC);//发 SKIP ROM 命令 ROMds18b20_write_byte(0X44);//发开始转换命令（0X44）}/********************************************************************
***********
* 函 数 名 : ds18b20_read_temperture
* 函数功能 : 从 ds18b20 得到温度值
* 输 入 : 无
* 输 出 : 温度数据
*********************************************************************
**********/float ds18b20_read_temperture(void)//因为温度有可能是小数，负数等，所以定义一个float类型的返回值
{u8 dath=0;//保存读取的高字节数据u8 datl=0;//保存读取的低字节数据u16 value=0;//保存dath和datl合并后的数据float temp=0;//保存读取到的实际温度ds18b20_start();//开始转换//delay_ms(1);//此处也可以不用延时，在检测ds18b20_check()里面已经包含 ，这里可以省略ds18b20_reset(); //复位ds18b20_check(); //检查DS18B20ds18b20_write_byte(0XCC);//发 SKIP ROM 命令 ROMds18b20_write_byte(0XBE);//发读存储器命令datl=ds18b20_read_byte();//读取的低字节dath=ds18b20_read_byte();//读取的高字节value=(dath<<8)+datl; //dath和datl两个8字节的数据，合并为16个字节的数据if((value&0xf800)==0xf800)//通过&运算来判断前5位是否位1{value=(~value)+1;//如果为1，就是负温度，读到的数值需要取反加 1 再乘以 0.0625 即可得到实际温度。temp=value*(-0.0625);//将读到的实际温度保存在temp里面，因为是负温度，所以这里乘以-0.0625}else //如果不等于1，那就是0 ，就是正温度，正温度直接乘以0.0625 即可得到实际温度{temp=value*0.0625;//将读到的实际温度保存在temp里面}return temp; //将得到的温度返回出去}

#ifndef _ds18b20_H
#define _ds18b20_H#include "public.h"//管脚定义
sbit DS18B20_PORT=P3^7;//函数声明
u8 ds18b20_init(void);//初始化 DS18B20 的 IO 口 DQ 同时检测 DS 的存在
void ds18b20_reset(void);//复位 DS18B20
u8 ds18b20_check(void);//检测 DS18B20 是否存在
u8 ds18b20_read_bit(void);//从DS18B20读取一个位
u8 ds18b20_read_byte(void);//从DS18B20读取一个字节
void ds18b20_write_byte(u8 dat);//写一个字节到DS18B20
void ds18b20_start(void);//开始温度转换
float ds18b20_read_temperture(void);//从 ds18b20 得到温度值#endif

/********************************************************************
****************** 实验名称：I2C-EEPROM 实验
接线说明：
实验现象：下载程序后，数码管右 4 位显示 0，按 K1 键将数据写入到 EEPROM 内保存，
按 K2 键读取 EEPROM 内保存的数据，按 K3 键显示数据加 1，按 K4 键显示数据清
零，
最大能写入的数据是 255。
注意事项：
*********************************************************************
******************/
#include "public.h"
#include "smg.h"
#include "ds18b20.h"void main()
{u8 i=0;int temp_value;//保存放大10倍后的温度值u8 	temp_buf[5];//定义一个数组，显示5个数码管，保存段码数据ds18b20_init();//初始化 DS18B20while(1){i++;if(i%50==0)//间隔一段时间读取温度值，间隔时间要大于温度传感器转换温度时间temp_value=ds18b20_read_temperture()*10;//保留温度值小数后一位，这里虽然取得的是整数，//但实际是保留小数点后1位，加入获取的到的温度是12.36，乘以10是123.6,取整数就是123，已经包含了小数点后一位地3.if(temp_value<0)//temp_value小于0，温度就是负数{temp_value=-temp_value;//根据负负得正，这里把负数转换为正数，保存在temp_value里面temp_buf[0]=0x40;//显示负号}else //大于0就是正数，就不显示负号temp_buf[0]=0x00; //不显示负号temp_buf[1]=gsmg_code[temp_value/1000];//百位temp_buf[2]=gsmg_code[temp_value%1000/100];//十位temp_buf[3]=gsmg_code[temp_value%1000%100/10]|0x80;//个位+小数点temp_buf[4]=gsmg_code[temp_value%1000%100%10];//小数点后一位smg_display(temp_buf,4);}}

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