[51单片机]单总线温度采集
[51单片机]单总线温度采集
一、单总线温度传感器DB18B20
1.简介
单总线（也称1-Wire bus）是由美国DALLAS公司推出的外围串行扩展总线。只有一条数据输入/输出线DQ，总线上所有器件都挂在DQ上，电源也通过这条信号线供给。DS18B20是美国DALLAS公司生产的数字温度传感器，体积小、低功耗、抗干扰能力强。可直接将温度转化成数字信号传送给单片机处理，因而可省去传统的信号放大、A/D转换等外围电路。
2.原理
单总线应用典型案例是采用单总线温度传感器DS18B20的温度测量系统。如图1所示为单片机与多个带有单总线接口的DS18B20组成的分布式温度测量系统，图中多个DS18B20都挂接在单片机的1根I/O口线（即DQ线）上。单片机对每个DS18B20都通过总线DQ寻址。DQ为漏极开路，须加上拉电阻。DS18B20的一种封装形式如图所示。除DS18B20外，在该数字温度传感器系列中还有DS1820、DS18S20、DS1822等其他型号，工作原理与特性基本相同。
图1 单总线构成的分布式温度监测系统
片内有9个字节的高速暂存器RAM单元，9个字节具体分布如下：
第1字节和第2字节是在单片机发给DS18B20温度转换命令发布后，经转换所得的温度值，以两字节补码形式存放其中。一般情况下，用户多使用第1字节和第2字节。单片机通过单总线可读得该数据，读取时低位在前，高位在后。
第3、4字节分别是由软件写入用户报警的上下限值TH和TL。
第5个字节为配置寄存器，可对其更改DS18B20的测温分辨率，高速暂存器的第6、7、8字节未用，为全1。第9字节是前面所有8个字节的CRC码，用来保证正确通信。片内还有1个E2PROM为TH、TL以及配置寄存器的映像。
配置寄存器各位的定义如下：
其中，TM位出厂时已被写入0，用户不能改变；低5位都为1；R1和R0用来设置分辨率。表10-1列出了R1、R0与分辨率和转换时间的关系。用户可通过修改R1、R0位的编码，获得合适的分辨率。
图4 R1、R0与分辨率和转换时间的关系
由图3，DS18B20转换时间与分辨率有关。当设定为9位时，转换时间为93.75ms；设定10位时，转换时间为187.5 ms；当设定11位时，转换时间为375ms；当设定为12位时，转换时间为750ms。图4列出了DS18B20温度转换后所得到的16位转换结果的典型值。
图5 DS18B20温度数据
温度转换的计算：
当DS18B20采集的温度为+125℃时，输出为0x07d0，则：实际温度=（0x07d0）/16=(0×163+7×162+13×161+0×160)/16=125℃
当DS18B20采集的温度为-55℃时，输出为0xfc90，由于是补码，则先将11位数据取反加1得0x0370，注意符号位不变，也不参加运算，则实际温度=（0x0370）/16=(0×163+3×162+7×161+0×160)/16=55℃
注意，负号则需对采集的温度进行判断后，再予以显示。
3.DS18B20的工作时序
工作时序要求严格，延时时间需准确，否则容易出错。
DS18B20的工作时序包括初始化时序、写时序和读时序。
（1）初始化时序，单片机将数据线电平拉低480960µs后释放，等待1560µs，单总线器件即可输出一持续60~240µs的低电平，单片机收到此应答后即可进行操作。
（2）写时序，当单片机将数据线电平从高拉到低时，产生写时序，有写“0”和写“1”两种时序。写时序开始后，DS18B20在15~60µs期间从数据线上采样。如果采样到低电平，则向DS18B20写的是“0”；如果采样到高电平，则向DS18B20写的是“1”。这两个独立时序间至少需拉高总线电平1µs时间。
（3）读时序，当单片机从DS18B20读取数据时，产生读时序。此时单片机将数据线电平从高拉到低使读时序被初始化。如果在此后15µs内，单片机在数据线上采样到低电平，则从DS18B20读的是“0”；如果在此后的15µs内，单片机在数据线上采样到高电平，则从DS18B20读的是“1”。
二、使用51单片机的一个IO口模拟单总线时序与温度传感器DS18B20通信并读取检测的环境温度
1.Proteus仿真
电路图绘制：
c语言代码：
#include "reg51.h"
#include "intrins.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define out P0
sbit smg1=out^4;
sbit smg2=out^5;
sbit DQ=P3^7;
void delay5(uchar);
void init_ds18b20(void);
uchar readbyte(void);
void writebyte(uchar);
uchar retemp(void);
int main()
{
uchar i,temp;
delay5(1000);
while(1)
{
temp=retemp();
for(i=0;i<10;i++)
{
out=(temp/10)&0x0f;
smg1=0;
smg2=1;
delay5(1000);
out=(temp%10)&0x0f;
smg1=1;
smg2=0;
delay5(1000);
}
}
return 0;
}
void delay5(uchar n)
{
do
{
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
n--;
}
while(n);
}
void init_ds18b20(void)
{
uchar x=0;
DQ=0;
delay5(120);
DQ=1;
delay5(16);
delay5(80);
}
uchar readbyte(void)
{
uchar i=0;
uchar date=0;
for(i=8;i>0;i--)
{
DQ=0;
delay5(1);
DQ=1;
date>>=1;
if(DQ)
date|=0x80;
delay5(11);
}
return (date);
}
void writebyte(uchar dat)
{
uchar i=0;
for(i=8;i>0;i--)
{
DQ = 0;
DQ = dat&0x01;
delay5(12);
DQ=1;
dat >>= 1;
delay5(5);
}
}
uchar retemp(void)
{
uchar a,b,tt;
uint t;
init_ds18b20();
writebyte(0xcc);
writebyte(0x44);
init_ds18b20();
writebyte(0xcc);
writebyte(0xbe);
a=readbyte();
b=readbyte();
t = b;
t <<= 8;
t = t|a;
tt = t * 0.0625;
return(tt);
}
运行结果：
改变DS8B0所测温度：
三、总结
通过本次实验了解了单总线温度传感器DB18B20的工作原理及其使用方法。在Proteus中对其进行了仿真，对其应用有了进一步的了解。