2024.1.29更新

2024.3.2

基本概念#

所用外设：

DS18B20温度传感器（OneWire协议）

前置概念#

一、OneWire（单总线）协议#

•单总线（1-Wire BUS）是由Dallas公司开发的一种通用数据总线

•一根通信线：DQ

•异步、半双工

•单总线只需要一根通信线即可实现数据的双向传输，当采用寄生供电时，还可以省去设备的VDD线路，此时，供电加通信只需要DQ和GND两根线

二、单总线电路规范#

•设备的DQ均要配置成开漏输出模式

•DQ添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右

•若此总线的从机采取寄生供电，则主机还应配一个强上拉输出电路

三、单总线的时序结构#

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

•测温范围：-55°C 到 +125°C

•通信接口：1-Wire（单总线）

•其它特征：可形成总线结构、内置温度报警功能、可寄生供电

一、DS18B20温度存储格式#

MS BYTE和LS BYTE两个字节中BIT的解释：
BIT16BIT11作为符号位，表示温度的正负
BIT10BIT4存储温度的整数部分
BIT3~BIT0存储温度的小数部分（精度），BIT0 ‘1’对应 “0.0625”

二、DS18B20时序#

三、程序编写#

首先写第一个函数，用于初始化，其中添加Askbit，在LCD1602上显示一个数值，观察初始化函数是否有效，即从机是否响应。

首先编写好单总线的初始化程序，如果代码正确，根据单总线的通信协议，从机会发送一个应答信号（拉低总线）。
进行应答测试，通过LCD1602观察应答位，检测代码是否有效

```bash#

#include <REGX52.H>

sbit OneWire_DQ=P3^7;//通信口

unsigned char OneWire_Init(void) { unsigned char i,Askbit; OneWire_DQ=1; OneWire_DQ=0; i = 227;while (—i);//500um OneWire_DQ=1; i = 29;while (—i);//70um Askbit = OneWire_DQ; return Askbit; }

1
## 一、DS18B20温度读取
2

3
将程序下载到单片机上，运行
4
如下为main.c文件
5

6
```bash
7
#include <REGX52.H>
8
#include "LCD1602.h"
9
#include "DS18B20.h"
10
#include "OneWire.h"
11

12
void main()
13
{
14
  LCD_Init();
15
  LCD_ShowString(1,1,"Temperture:");
16
  DS18B20_Start();
17

18
  while(1)
19
  {
20
    unsigned int temp=DS18B20_Read()*10000;
21
    if(temp>0)
22
    {
23
      LCD_ShowString(2,1,"+");
24
    }
25
    else if(temp<0)
26
    {
27
      LCD_ShowString(2,1,"-");
28
    }
29
    LCD_ShowNum(2,2,temp/10000,4);
30
    LCD_ShowNum(2,6,temp%10000,4);
31
  }
32
}

结果异常：LCD1602第二行显示不正确数据/显示-000.0625
分析：
main.c中存在语法错误
OneWire.c DS18B20.c中的函数时序定义有误

对main.c进行更改

1
#include <REGX52.H>
2
#include "Delay.h"
3
#include "LCD1602.h"
4
#include "DS18B20.h"
5

6

7
float T;
8
void main()
9
{
10
  DS18B20_Convert();
11
  Delay(1000);
12
  LCD_Init();
13
  LCD_ShowString(1,1,"Temperature:");
14
  while(1)
15
  {
16
    DS18B20_Convert();
17
    T=DS18B20_Read();
18
    if(T<0)
19
    {
20
      LCD_ShowChar(2,1,'-');
21
      T=-T;
22
    }
23
    else
24
    {
25
      LCD_ShowChar(2,1,'+');
26
    }
27
    LCD_ShowNum(2,2,T,3);
28
    LCD_ShowChar(2,5,'.');
29
    LCD_ShowNum(2,6,(unsigned long)(T*10000)%10000,4);//强制类型转换
30
  }
31
}

OneWire.c 错误分析：

1
#include <REGX52.H>
2

3
sbit OneWire_DQ=P3^7;//通信口
4

5
void OneWire_Init(void)
6
{
7
  unsigned char i,AskBit;
8
  OneWire_DQ=1;
9
  OneWire_DQ=0;
10
  i = 227;while (--i);//500um
11
  OneWire_DQ=1;//释放总线
12
  i = 29;while (--i);//70um
13
  AskBit=OneWire_DQ;//主机判断从机是否发送应答
14
  i = 227;while (--i);//500um,要根据时序图构造代码
15
}
16

17
void OneWire_SendBit(unsigned char Bit)//发送一位
18
{
19
  unsigned char i;
20
  OneWire_DQ=1;
21
  i = 2;while (--i);//10um
22
  OneWire_DQ=Bit;
23
  i = 22;while (--i);//54um
24
}
25

26
unsigned char OneWire_ReadBit(void)//接收一位
27
{
28
  unsigned char i,Bit;
29
  OneWire_DQ=0;
30
  i = 2;while (--i);//10um
31
  OneWire_DQ=1;//释放总线
32
  i = 2;while (--i);//10um
33
  Bit=OneWire_DQ;
34
  i = 22;while (--i);//54um
35
  return Bit;
36
}
37

38
void OneWire_WriteByte(int Byte)
39
{
40
  unsigned int i;
41
  for(i=0;i<8;i++)
42
  {
43
    OneWire_SendBit(Byte&(0x01<<i));//低位在前
44
  }
45
}
46

47
unsigned char OneWire_ReadByte()
48
{
49
  unsigned int i;
50
  unsigned int Byte;
51
  for(i=0;i<8;i++)
52
  {
53
    Byte=OneWire_ReadBit()|(0x01<<i);//低位在前
54
  }
55
  return Byte;
56
}

对OneWire.c进行更改

1
#include <REGX52.H>
2

3
sbit OneWire_DQ=P3^7;//通信口
4

5
unsigned char OneWire_Init(void)
6
{
7
  unsigned char i,AskBit;
8
  OneWire_DQ=1;
9
  OneWire_DQ=0;
10
  i = 247;while (--i);//500us
11
  OneWire_DQ=1;//释放总线
12
  i = 29;while (--i);//70us
13
  AskBit=OneWire_DQ;//主机判断从机是否发送应答
14
  i = 247;while (--i);//500um,要根据时序图构造代码
15
  return AskBit;
16
}
17

18
void OneWire_SendBit(unsigned char Bit)//发送一位
19
{
20
  unsigned char i;
21
  OneWire_DQ=0;//错误，应为0
22
  i = 2;while (--i);//10us
23
  OneWire_DQ=Bit;
24
  i = 20;while (--i);//50us
25
  OneWire_DQ=1;//遗漏
26
}
27

28
unsigned char OneWire_ReadBit(void)//接收一位
29
{
30
  unsigned char i,Bit;
31
  OneWire_DQ=0;
32
  i = 1;while (--i);//8us
33
  OneWire_DQ=1;//释放总线
34
  i = 1;while (--i);//8us
35
  Bit=OneWire_DQ;
36
  i = 20;while (--i);//50us
37
  return Bit;
38
}
39

40
void OneWire_WriteByte(unsigned char Byte)
41
{
42
  unsigned char i;
43
  for(i=0;i<8;i++)
44
  {
45
    OneWire_SendBit(Byte&(0x01<<i));//低位在前
46
  }
47
}
48

49
unsigned char OneWire_ReadByte(void)
50
{
51
  unsigned char i;
52
  unsigned char Byte=0x00;
53
  for(i=0;i<8;i++)
54
  {
55
    if(OneWire_ReadBit()){Byte|=(0x01<<i);}//低位在前
56
  }
57
  return Byte;
58
}

结论：OneWire_SendBit函数对总线的电平处理不正确
void OneWire_SendBit(unsigned char Bit)//发送一位
{
unsigned char i;
OneWire_DQ=1;//此处错误，应为0
i = 2;while (–i);//10us
OneWire_DQ=Bit;
i = 20;while (–i);//50us
OneWire_DQ=1;//遗漏
}

二、DS18B20温度报警器#

1
#include <REGX52.H>
2
#include "Delay.h"
3
#include "LCD1602.h"
4
#include "DS18B20.h"
5
#include "AT24C02.h"
6
#include "I2C.h"
7
#include "Key.h"
8
#include "Timer0.h"
9

10

11
//mark
12
//在编写单片机程序时，要考虑到运行的高效性，定义变量的数据类型，优先选择较低内存占用的类型
13
float T;
14
float Tshow;
15
char Thigh,Tlow;
16
unsigned char KeyNum;
17

18

19
void main()
20
{
21
  Thigh=AT24C02_ReadByte(0);//每次开机，读取存储器中的数据
22
  Tlow=AT24C02_ReadByte(1);
23

24
  DS18B20_Convert();//温度装载，防止T第一次读取到的是默认值20，消除多余现象
25
  Delay(1000);
26

27
  LCD_Init();
28
  Timer0_Init();
29
  LCD_ShowString(1,1,"T:");
30

31
  while(1)
32
  {
33
    DS18B20_Convert();//温度装载
34
    T=DS18B20_Read();
35
    if(T<0)
36
    {
37
      LCD_ShowChar(1,3,'-');
38
      //T=-T,这里T=-T的话，进行温度预置判断有问题，所以再定义一个变量Tshow
39
      Tshow=-T;
40
    }
41
    else
42
    {
43
      LCD_ShowChar(1,3,'+');
44
      Tshow=T;
45
    }
46
    LCD_ShowNum(1,4,Tshow,3);
47
    LCD_ShowChar(1,7,'.');
48
    LCD_ShowNum(1,8,(unsigned char)(Tshow*100)%100,2);
49

50
    //温度阈值控制
51
    KeyNum=Key();
52
    if(KeyNum)
53
    {
54
      if(KeyNum

实验现象1：加入定时器扫描按键后，按下按键不影响温度的读取和显示，但是LCD1602上显示的温度数值会出现闪烁的状态
分析：每隔20ms进入中断程序，对按键进行扫描检测，但是，单总线上对数据的发送和接受，部分过程时间在几十us，远远小于20ms,中断程序打断了温度的正常读取
解决方案：每个OneWire的读写操作加入定时器的关闭动作，这样不会对OneWire的读写操作产生影响
如下:

1
#include <REGX52.H>
2

3
sbit OneWire_DQ=P3^7;//通信口
4

5
unsigned char OneWire_Init(void)
6
{
7
  unsigned char i,AskBit;
8
  EA=0;
9
  OneWire_DQ=1;
10
  OneWire_DQ=0;
11
  i = 247;while (--i);//500us
12
  OneWire_DQ=1;//释放总线
13
  i = 29;while (--i);//70us
14
  AskBit=OneWire_DQ;//主机判断从机是否发送应答
15
  i = 247;while (--i);//500um,要根据时序图构造代码
16
  EA=1;
17
  return AskBit;
18
}
19

20
void OneWire_SendBit(unsigned char Bit)//发送一位
21
{
22
  unsigned char i;
23
  EA=0;
24
  OneWire_DQ=0;//错误，应为0
25
  i = 2;while (--i);//10us
26
  OneWire_DQ=Bit;
27
  i = 20;while (--i);//50us
28
  OneWire_DQ=1;//遗漏
29
  EA=1;
30
}
31

32
unsigned char OneWire_ReadBit(void)//接收一位
33
{
34
  unsigned char i,Bit;
35
  EA=0;
36
  OneWire_DQ=0;
37
  i = 1;while (--i);//8us
38
  OneWire_DQ=1;//释放总线
39
  i = 1;while (--i);//8us
40
  Bit=OneWire_DQ;
41
  i = 20;while (--i);//50us
42
  EA=1;
43
  return Bit;
44
}
45

46
void OneWire_WriteByte(unsigned char Byte)
47
{
48
  unsigned char i;
49
  EA=0;
50
  for(i=0;i<8;i++)
51
  {
52
    OneWire_SendBit(Byte&(0x01<<i));//低位在前
53
  }
54
  EA=1;
55
}
56

57
unsigned char OneWire_ReadByte(void)
58
{
59
  unsigned char i;
60
  unsigned char Byte=0x00;
61
  EA=0;
62
  for(i=0;i<8;i++)
63
  {
64
    if(OneWire_ReadBit()){Byte|=(0x01<<i);}//低位在前
65
  }
66
  EA=1;
67
  return Byte;
68
}

缺点：对定时器有较大影响，需要区分任务的优先级，这里我们只有对温度进行处理的任务，一但存在多个任务，比如这里同时在数码管上显示一个时钟，使用单总线的局限性会非常大
IIC通信方式一般比单总线广泛地多
思考：IIC和单总线地区别

蓝桥杯(STC15)拓展#

OneWire底层

1
/*  #   单总线代码片段说明
2
  1.   本文件夹中提供的驱动代码供参赛选手完成程序设计参考。
3
  2.   参赛选手可以自行编写相关代码或以该代码为基础，根据所选单片机类型、运行速度和试题
4
    中对单片机时钟频率的要求，进行代码调试和修改。
5
*/
6

7
//
8
#include <onewire.h>
9
sbit DQ= P1^4;
10
void Delay_OneWire(unsigned int t)
11
{
12
  t *= 12;
13
  while(t--);
14
}
15

16
//
17
void Write_DS18B20(unsigned char dat)
18
{
19
  unsigned char i;
20
  for(i=0;i<8;i++)
21
  {
22
    DQ = 0;
23
    DQ = dat&0x01;
24
    Delay_OneWire(5);
25
    DQ = 1;
26
    dat >>= 1;
27
  }
28
  Delay_OneWire(5);
29
}
30

31
//
32
unsigned char Read_DS18B20(void)
33
{
34
  unsigned char i;
35
  unsigned char dat;
36

37
  for(i=0;i<8;i++)
38
  {
39
    DQ = 0;
40
    dat >>= 1;
41
    DQ = 1;
42
    if(DQ)
43
    {
44
      dat |= 0x80;
45
    }
46
    Delay_OneWire(5);
47
  }
48
  return dat;
49
}
50

51
//
52
bit init_ds18b20(void)
53
{
54
    bit initflag = 0;
55

56
    DQ = 1;
57
    Delay_OneWire(12);
58
    DQ = 0;
59
    Delay_OneWire(80);
60
    DQ = 1;
61
    Delay_OneWire(10);
62
    initflag = DQ;
63
    Delay_OneWire(5);
64

65
    return initflag;
66
}
67

68
/*基于底层编写*/
69
float ds18b20_read(void)
70
{
71
  unsigned char low,high;//高八位，低八位，DS18B20温度数据是十六位二进制
72
  init_ds18b20();//ds18b20初始化时序
73
  Write_DS18B20(0xcc);//ds18b20跳过rom指令
74
  Write_DS18B20(0x44);//ds18b20开始温度转换
75

76
  init_ds18b20();//ds18b20初始化时序
77
  Write_DS18B20(0xcc);//ds18b20跳过rom指令
78
  Write_DS18B20(0xbe);//ds18b20开始温度读取
79
  low=Read_DS18B20();
80
  high=Read_DS18B20();
81
  return((high << 8 )| low) /16.0;
82
}

主模块(DS18B20模拟题)#

1
//头文件引用
2
#include <Key.h>
3
#include <Nixie.h>
4
#include <LED.h>
5
#include <Timer0.h>
6
#include <Init.h>
7
#include <onewire.h>
8
#include <iic.h>
9

10
unsigned char Nixie_Buf[8]={10,10,10,10,10,10,10,10};//数码管显示数据
11
unsigned char Nixie_Pos;//数码管数据数组位下标
12
unsigned char Nixie_Point[8]={0,0,0,0,0,0,0,0};//数码管每一段的“点”数据
13
unsigned char Nixie_Disp_Mode;
14

15
unsigned char Key;//键值
16
unsigned char Key_Up,Key_Down,Key_Val,Key_Old;//按键扫描变量
17

18
unsigned char ucLED[8]={0,0,0,0,0,0,0,0};//LED显示数据
19

20
unsigned int Nixie_Timer;//数码管定时更新
21
unsigned int Key_Timer;//按键定时扫描
22

23
float Tempture=0;//实时温度
24
unsigned char Tempture_Disp=25;//温度暂存设置参数
25
unsigned char Tempture_Control=25;//温度阈值参数
26

27

28
float DAC_Output=3.25;//DAC输出电压
29
bit DAC_Output_MODE;//DAC输出模式
30

31
/*按键处理函数*/
32
void Key_Proc(void)
33
{
34
  if(Key_Timer) return;//Key_Timer=0时执行下面的语句
35
  Key_Timer=1;
36
  //按键扫描部分//
37
  Key_Val=Key_Read();//读取键值
38
  Key_Down=Key_Val & (Key_Old ^ Key_Val);//读取上升沿键值
39
  Key_Up=~Key_Val & (Key_Old ^ Key_Val);//读取下降沿键值
40
  Key_Old=Key_Val;//保存键值（旧键值）
41

42
  switch(Key_Down)
43
  {
44
    case 4:
45
      if(Nixie_Disp_Mode