DS18B20温度传感器采集温度及其数码管显示

1.DS18B20简介

DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，可直接将温度转化成串行数字信号给单片机处理，因而可省去传统的信号放大、A/D转换等外围电路。测量温度范围为-55～+125℃，在-10～+85℃范围内，精度为±0.5℃。

1.1 内部结构

DS18B20的内部结构如图所示，主要由4部分组成：64位ROM、温度敏感元件、非易失性温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。图中，DQ为数字信号输入/输出端；VDD为外接供电电源输入端。

1）ROM（Read-Only Memory）
ROM中的64位序列号是出厂前就被光刻好的，可看做是DS18B20的地址序列码，其作用是使每一个DS18B20的地址都不相同。这样就可以实现在一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
2）高速暂存器
高速暂存器是一个9字节的存储器，其分配如下：

当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以2字节补码形式存放在高速暂存寄存器的第0和第1字节。单片机通过单总线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后。第3、4、5字节分别是TH、TL、配置寄存器的临时副本，每一次上电复位时被刷新；第6、7、8字节未用，表现为全逻辑1；第9字节读出的是前面所有8字节的CRC码，用来保证通信的正确性。一般情况下，用户只使用第0和第1字节。
高速暂存器中的第5字节为配置寄存器，对其进行设置可更改DS18B20的测温分辨率以获得所需精度的数值，其数据格式如下：

TM是测试模式位，用于设置DS18B20为工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被写入0，用户不能改变。低5位一直都是1。R1和R0用来设置分辨率，配置寄存器与分辨率关系如下表所示。出厂时R0、R1被写入默认值：R0=1，R1=1（12位分辨率），用户可以根据需要改写配置寄存器，以获得合适的分辨率。

1.2工作时序

DS18B20的工作协议流程是初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据交换。对ROM的操作主要是读取DS18B20的序列号，以确定其地址以使待操作的DS18B20能对后续的存储器操作指令作出响应。对存储器的操作主要是对DS18B20进行读/写及完成温度转换等。
初始化：单片机将数据线拉低480～960μs后释放，等待15～60μs，单总线器件即可输出持续60～240μs的低电平（存在脉冲），单片机收到此应答后即可对其进行操作。写时序：当主机将数据线从高拉到低时，形成写时序，有写“0”和写“1”两种。写时序开始后，DS18B20在15～60μs期间从数据线上采样，采样到低电平，则向DS18B20写“0”。采样到高电平，则向DS18B20写“1”。两个独立的时序间至少需要1μs的恢复时间（拉高总线电平）。读时序：当主机从DS18B20读取数据时，产生读时序。此时，主机将数据线从高拉到低位使读时序被初始化。如果此后15μs内，主机在总线上采样到低电平，则从DS18B20读“0”。而如果此后15μs内，主机在总线上采样到高电平，则从DS18B20读“1”。

1.3 功能命令

DS18B20的功能是通过向ROM和存储器写命令实现的，所有的功能命令均为8位，常用命令代码如下表所示。

2.温度采集及其数码管显示程序

#include 
#include 
#define MAIN_Fosc	11059200UL	//宏定义主时钟HZ  UL为unsigned long
/*====================================
 自定义类型名
====================================*/
typedef unsigned char INT8U;
typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int INT16U;
typedef unsigned int uint;
/*====================================
 硬件接口位声明
====================================*/
sbit DS  = P2^2;   //DS18B20单总线
sbit DU  = P2^6;   //数码管段选
sbit WE  = P2^7;   //数码管位选
/*====================================
共阴极数码管段选码:code是keil C51里面的关键字，一般用于定义常量数组，意思是告诉编译说把这个数组放在ROM存储。使用ROM(程序存储器)的好处是加快读取速度，不占用系统资源 [2]  。
unsigned char code table[]; 表示分配一个指向code区的指针，指针本身在默认存储区。
code unsigned char table[]; 表示分配一个指向默认存储区的指针，指针本身在code区。
====================================*/
uchar code table[]={ 
//0		1	 2     3     4     5     6     7     8
0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F,
//9     A     B	   C	 D	   E	 F		-	 .	  关显示
0x6F, 0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E, 0x79, 0x71, 0x40, 0x80, 0x00
                   };
/*====================================
数码管位选码
====================================*/
				  //第1位	2位	  3位	 4位   5位	6位	  7位	8位
uchar code T_COM[] = {0xfe, 0xfd, 0xfb, 0xf7, 0xef, 0xdf, 0xbf, 0x7f};//数码管位码
/*====================================
函数：void Delay_Ms(INT16U ms)
参数：ms，毫秒延时形参
====================================*/
void Delay_Ms(INT16U ms)
{
     INT16U i;
	 do{
	      i = MAIN_Fosc / 96000; //11059200/96000=115
		  while(--i);   //96T per loop：--i是先执行i=i-1，再使用i-1的值
     }while(--ms);
}
/*us延时函数，执行一次US--所需6.5us进入一次函数需要11.95us*/
void Delay_us(uchar us)
{
	while(us--);	
}
/*====================================
函数：void Display(INT16U Value)
参数：Value,显示值 取值0-65535
描述：共阴极数码管显示函数可显示一个字节的数
====================================*/
void Display(INT16U Value)			//注意由于需要显示的数大于一个字节所有形参需为int型
{	
//------------------------------
	DU = 0;							//关闭段选
	P0 = table[Value/100];		//数码管显示百位
	DU = 1;							//打开段选
	DU = 0;							//关闭段选

	WE = 0;						//关闭位选
	P0 = T_COM[0];				   //第一位数码管
	WE = 1;						//打开位选
	WE = 0;						//关闭位选
	Delay_Ms(3);
//-------------------------------
	DU = 0;
	P0 = table[Value%100/10]|0x80; //显示十位
	DU = 1;
	DU = 0;

	WE = 0;
	P0 = T_COM[1];			  //第二位数码管
	WE = 1;
	WE = 0;
	Delay_Ms(3);
//-------------------------------
	DU = 0;
	P0 = table[Value%10];		//显示个位
	DU = 1;
	DU = 0;

	WE = 0;
	P0 = T_COM[2];				//第三位数码管
	WE = 1;
	WE = 0;
	Delay_Ms(3);
}
/*单总线初始化时序*/
bit ds_init()
{
	bit i;
	DS = 1;
	_nop_();
	DS = 0;
	Delay_us(75); //拉低总线499.45us 挂接在总线上的18B20将会全部被复位，即拉低总线480-960us
	DS = 1; //释放总线
	Delay_us(4); //延时37.95us 等待18B20发回存在信号  即等待15-60微秒
	i = DS;
	Delay_us(20); //141.95us
	DS = 1;
	_nop_();
	return (i);
}
/*写一个字节，从低位开始*/
void write_byte(uchar dat)
{
	uchar i;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		DS = 0;
		_nop_();//产生些时序
		DS = dat & 0x01;
		Delay_us(10);//76.95us
		DS = 1; //释放总线准备下一次数据写入
		_nop_();
		dat >>= 1;
	}
}

uchar read_byte()
{
	uchar i, j, dat;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		DS = 0;
		_nop_();//产生读时序
		DS = 1;
		_nop_();//释放总线
		j = DS;
		Delay_us(10);//76.95us
		DS = 1;
		_nop_();
		dat = (j<<7)|(dat>>1);	
	}
	return (dat);
}
void main()
{
	uint i;
	uchar L, M;
	while(1)
	{
		ds_init();//初始化DS18B20
		write_byte(0xcc);//发送跳跃ROM指令(跳过读序列号）
		write_byte(0x44);//发送温度转换指令
		ds_init();//初始化DS18B20
		write_byte(0xcc);//发送跳跃ROM指令(跳过读序列号）
		write_byte(0xbe);//读取DS18B20暂存器值
		L = read_byte();
		M = read_byte();
		i = M;
		i <<= 8;
		i |= L;						
		i = i * 0.0625 * 10 + 0.5;
		Display(i);
	}
}