51单片机实验——单总线温度采集

51单片机实验——单总线温度采集

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/Kamisama6930/article/details/138196760

本文将介绍如何使用51单片机和DS18B20温度传感器进行温度采集实验。通过学习DS18B20的工作原理和通信时序，读者将能够掌握如何使用单片机实现温度数据的读取和处理。

一、实验目标

1. 学习单总线温度传感器DS18B20的原理和通信时序；
2. 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，读取出检测的环境温度。

二、实验原理

1.DS18B20元器件介绍

DS18B20是一款数字温度传感器，由美国公司Dallas Semiconductor（现在是Maxim Integrated）开发并生产。它采用单总线接口，可以直接与主控器连接，无需额外的模数转换器或外部组件。DS18B20可以在-55°C至+125°C范围内测量温度，并提供12位的数字输出，具有较高的精度和稳定性。

DS18B20内部有一个温度传感器，可以将环境温度转化为数字信号，并通过单总线接口传输给主控器。它的特点包括：

• 使用单个引脚进行通信和电源供应，简化了电路设计和连接。
• 12位的分辨率可以提供更准确和精确的温度测量结果。
• 内部有温度补偿的逻辑，可以提供更稳定和可靠的测量结果。
• 支持多个DS18B20传感器并联，通过唯一的64位ROM代码进行地址识别。
• 可以通过软件进行温度转换和读取，使得使用和集成更为方便。

由于其精度高、稳定性好和可扩展性强的特点，DS18B20被广泛应用于工业控制、自动化系统、气象检测、室内温度监测等领域。

2.DS18B20的工作时序

DS18B20是一种数字温度传感器，其工作时序为：

1. 主机发出复位脉冲（Reset Pulse）: 主机向DS18B20发送一个低电平信号，持续至少480微秒，然后释放总线。
2. DS18B20发送存在脉冲（Presence Pulse）: DS18B20在复位脉冲的15微秒之后，会将总线拉低，持续60-240微秒作为存在脉冲，然后释放总线。
3. 主机发送指令：主机向DS18B20发送指令字节，指令字节由8个数据位和1个校验位组成。其中，0代表位写0，1代表位写1。
4. 主机读取数据：主机向DS18B20发送读取指令后，DS18B20会从最低有效位开始，依次将温度值的8个数据位发送给主机。
5. 主机释放总线：主机释放总线，使总线恢复高电平。

需要注意的是，DS18B20的通信时序是在一条串行总线上进行，不存在时钟信号，主机通过控制总线电平变化来实现与DS18B20的通信。同时，DS18B20的通信速率较慢，一般为15-30kbps，因此在通信时需要保持较低的总线速率以确保稳定通信。

3.DS18B20读取温度过程分析

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：

（1）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：

（2）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：

（3）读时序
单总线器件仅在主机发出读时序时，才向主机传输数据，所以，在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时序，以便从机能够传输数据。所有读时序至少需要 60us，且在 2 次独立的读时序之间至少需要 1us 的恢复时间。每个读时序都由主机发起，至少拉低总线 1us。主机在读时序期间必须释放总线，并且在时序起始后的 15us 之内采样总线状态。读时序图如下：

典型的读时序过程为：主机输出低电平延时 2us，然后主机转入输入模式延时 12us，然后读取单总线当前的电平，然后延时 50us。

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。

详细介绍请看：DS18B20中文数据手册。

三、实验内容

实验电路图

参考代码

#include "reg51.h"
#include "intrins.h" // 包含头文件，定义了一些内联函数
#define uchar unsigned char