基于proteus的51单片机仿真实例六十七、单总线温度传感器DS18B20读写实例

1、I2C总线器件与单片机之间的通信需要两根线，而单总线器件与单片机间的数据通信只要一根线。

单总线适用于单主机系统，能够控制一个或多个从机设备。主机通常是单片机，从机可以是单总线器件，他们之间通过一条信号线进行数据交换，单总线上同样允许挂接多个单总线器件，因此，每隔单总线器件必须有各自固定的地址，但总线器件通常需要接一个4.7k左右的上拉电阻，这样，当总线空闲时，状态为高电平。

2、单总线器件的数据操作过程

1）初始化

单总线上的所有处理均从初始化开始，单片机先发送一个复位脉冲，当单总线其间接收到复位脉冲后，先单片机发出应答信号，以便通知单片机：该器件已经准备好等待下一步操作

2）识别单总线器件

总线上允许挂接多个但总线器件，为便于单片机识别，每个单总线器件在出厂前都分配好了64为序列号以作为地址序列码。所以单片机能够根据该序列号来识别和判断对那一个单总线器件进行操作

3）数据交换

单片机与单总线器件之间的数据交换必须遵循严格的通信协议。单总线协议定义了复位信号，应答信号，写/读0，写/读1的集中信号类型，所有的单总线命令都是由这些基本的信号类型组成的，除了应答信号外，其余信号都由单片机发出，并且发送的所有命令和数据都是低位在前，高位在后。

3、DS18B20的工作时序

1）初始化单片机将数据线拉低480-960us后释放，等待15-60us，单总线器件即可输出一个持续时间为60-240us的低电平（应答信号），单片机受到此应答后即可进行后续操作

2)写时序

当主机将数据线的电平从高拉到低时，形成写时序，有写0和写1两种时序。写时序开始后，DS18B20在15-60us期间从数据线上采样，如果采样到低电平，则向DS18B20写0，否则写1，两个独立的时序之间至少需要1us的回复时间按（拉高总线电平）

3）读时序

当主机从DS18B20读取数据时，产生读时序，此时，主机将数据线的电平从高拉到低使读时序被初始化。如果此后15us内，主机在总线上采样到低电平，则从DS18B20读0，否则读1

 

4、在keil c51中新建工程ex55，编写如下程序代码，编译并生成ex55.hex文件

//DS18B20温度检测及其液晶显示
#include    //包含单片机寄存器的头文件
#include  //包含_nop_()函数定义的头文件
unsigned char code digit[10]={"0123456789"};     //定义字符数组显示数字
unsigned char code Str[]={"Test by DS18B20"};    //说明显示的是温度
unsigned char code Error[]={"Error!Check!"};     //说明没有检测到DS18B20
unsigned char code Temp[]={"Temp:"};             //说明显示的是温度
unsigned char code Cent[]={"Cent"};              //温度单位
/*******************************************************************************
以下是对液晶模块的操作程序
*******************************************************************************/
sbit RS=P2^0;           //寄存器选择位，将RS位定义为P2.0引脚
sbit RW=P2^1;           //读写选择位，将RW位定义为P2.1引脚
sbit E=P2^2;            //使能信号位，将E位定义为P2.2引脚
sbit BF=P0^7;           //忙碌标志位，，将BF位定义为P0.7引脚
/*****************************************************
函数功能：延时1ms
(3j+2)*i=(3×33+2)×10=1010(微秒)，可以认为是1毫秒
***************************************************/
void delay1ms()
{
   unsigned char i,j; 
  for(i=0;i<10;i++)
   for(j=0;j<33;j++)
    ;   
 }
/*****************************************************
函数功能：延时若干毫秒
入口参数：n
***************************************************/
 void delaynms(unsigned char n)
 {
   unsigned char i;
 for(i=0;i     delay1ms();
 }
/*****************************************************
函数功能：判断液晶模块的忙碌状态
返回值：result。result=1，忙碌;result=0，不忙
***************************************************/
bit BusyTest(void)
  {
    bit result;
 RS=0;       //根据规定，RS为低电平，RW为高电平时，可以读状态
    RW=1;
    E=1;        //E=1，才允许读写
    _nop_();   //空操作
    _nop_();
    _nop_(); 
    _nop_();   //空操作四个机器周期，给硬件反应时间 
    result=BF;  //将忙碌标志电平赋给result
   E=0;         //将E恢复低电平
   return result;
  }
/*****************************************************
函数功能：将模式设置指令或显示地址写入液晶模块
入口参数：dictate
***************************************************/
void WriteInstruction (unsigned char dictate)
{   
    while(BusyTest()==1);   //如果忙就等待
  RS=0;                  //根据规定，RS和R/W同时为低电平时，可以写入指令
  RW=0;   
  E=0;                   //E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高脉冲，
                           // 就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0"
  _nop_();
  _nop_();               //空操作两个机器周期，给硬件反应时间
  P0=dictate;            //将数据送入P0口，即写入指令或地址
  _nop_();
  _nop_();
  _nop_();
  _nop_();               //空操作四个机器周期，给硬件反应时间
  E=1;                   //E置高电平
  _nop_();
  _nop_();
  _nop_();
  _nop_();               //空操作四个机器周期，给硬件反应时间
   E=0;                  //当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令
 }
/*****************************************************
函数功能：指定字符显示的实际地址
入口参数：x
***************************************************/
 void WriteAddress(unsigned char x)
 {
     WriteInstruction(x|0x80); //显示位置的确定方法规定为"80H+地址码x"
 }
/*****************************************************
函数功能：将数据(字符的标准ASCII码)写入液晶模块
入口参数：y(为字符常量)
***************************************************/
 void WriteData(unsigned char y)
 {
    while(BusyTest()==1);  
   RS=1;           //RS为高电平，RW为低电平时，可以写入数据
   RW=0;
   E=0;            //E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高脉冲，
                     // 就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0"
   P0=y;           //将数据送入P0口，即将数据写入液晶模块
   _nop_();
   _nop_();
    _nop_();
     _nop_();       //空操作四个机器周期，给硬件反应时间
   E=1;           //E置高电平
   _nop_();
   _nop_();
   _nop_();
  _nop_();        //空操作四个机器周期，给硬件反应时间
  E=0;            //当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令
 }
/*****************************************************
函数功能：对LCD的显示模式进行初始化设置
***************************************************/
void LcdInitiate(void)
{
    delaynms(15);               //延时15ms，首次写指令时应给LCD一段较长的反应时间
    WriteInstruction(0x38);     //显示模式设置：16×2显示，5×7点阵，8位数据接口
 delaynms(5);                //延时5ms　，给硬件一点反应时间
    WriteInstruction(0x38);
 delaynms(5);               //延时5ms　，给硬件一点反应时间
 WriteInstruction(0x38);     //连续三次，确保初始化成功
 delaynms(5);               //延时5ms　，给硬件一点反应时间
 WriteInstruction(0x0c);     //显示模式设置：显示开，无光标，光标不闪烁
 delaynms(5);               //延时5ms　，给硬件一点反应时间
 WriteInstruction(0x06);     //显示模式设置：光标右移，字符不移
 delaynms(5);                //延时5ms　，给硬件一点反应时间
 WriteInstruction(0x01);     //清屏幕指令，将以前的显示内容清除
 delaynms(5);             //延时5ms　，给硬件一点反应时间

 } 
/************************************************************************
以下是DS18B20的操作程序
 ************************************************************************/ 
sbit DQ=P3^3;
unsigned char time;   //设置全局变量，专门用于严格延时
/*****************************************************
函数功能：将DS18B20传感器初始化，读取应答信号
出口参数：flag 
***************************************************/
bit Init_DS18B20(void) 
{
 bit flag;         //储存DS18B20是否存在的标志，flag=0，表示存在；flag=1，表示不存在
 DQ = 1;           //先将数据线拉高
 for(time=0;time<2;time++) //略微延时约6微秒
     ;
 DQ = 0;           //再将数据线从高拉低，要求保持480~960us
 for(time=0;time<200;time++)  //略微延时约600微秒
     ;         //以向DS18B20发出一持续480~960us的低电平复位脉冲 
 DQ = 1;           //释放数据线（将数据线拉高） 
  for(time=0;time<10;time++)
     ;  //延时约30us（释放总线后需等待15~60us让DS18B20输出存在脉冲）
 flag=DQ;          //让单片机检测是否输出了存在脉冲（DQ=0表示存在）      
 for(time=0;time<200;time++)  //延时足够长时间，等待存在脉冲输出完毕
      ;
 return (flag);    //返回检测成功标志
}
/*****************************************************
函数功能：从DS18B20读取一个字节数据
出口参数：dat
***************************************************/ 
unsigned char ReadOneChar(void)
 {
  unsigned char i=0; 
  unsigned char dat;  //储存读出的一个字节数据
  for (i=0;i<8;i++)
   {
     
     DQ =1;       // 先将数据线拉高
     _nop_();     //等待一个机器周期  
     DQ = 0;      //单片机从DS18B20读书据时,将数据线从高拉低即启动读时序
   dat>>=1;
     _nop_();     //等待一个机器周期     
     DQ = 1;     //将数据线"人为"拉高,为单片机检测DS18B20的输出电平作准备
     for(time=0;time<2;time++)
             ;      //延时约6us，使主机在15us内采样
     if(DQ==1)
        dat|=0x80;  //如果读到的数据是1，则将1存入dat
   else
    dat|=0x00;//如果读到的数据是0，则将0存入dat
       //将单片机检测到的电平信号DQ存入r[i] 
     for(time=0;time<8;time++)
         ;              //延时3us,两个读时序之间必须有大于1us的恢复期 
     }                     
  return(dat);    //返回读出的十进制数据
}
/*****************************************************
函数功能：向DS18B20写入一个字节数据
入口参数：dat
***************************************************/  
WriteOneChar(unsigned char dat)
{
 unsigned char i=0;
 for (i=0; i<8; i++)
   {
    DQ =1;         // 先将数据线拉高
    _nop_();      //等待一个机器周期  
    DQ=0;          //将数据线从高拉低时即启动写时序       
    DQ=dat&0x01;   //利用与运算取出要写的某位二进制数据,
                       //并将其送到数据线上等待DS18B20采样 
   for(time=0;time<10;time++) 
       ;//延时约30us，DS18B20在拉低后的约15~60us期间从数据线上采样
    DQ=1;          //释放数据线      
    for(time=0;time<1;time++)
     ;//延时3us,两个写时序间至少需要1us的恢复期
    dat>>=1;       //将dat中的各二进制位数据右移1位
   }
   for(time=0;time<4;time++)
               ; //稍作延时,给硬件一点反应时间
}
/******************************************************************************
以下是与温度有关的显示设置
 ******************************************************************************/
 /*****************************************************
函数功能：显示没有检测到DS18B20
***************************************************/   
void display_error(void)
 {
       unsigned char i;
        WriteAddress(0x00);    //写显示地址，将在第1行第1列开始显示
      i = 0;                //从第一个字符开始显示
    while(Error[i] != '\0')  //只要没有写到结束标志，就继续写
    {      
     WriteData(Error[i]);   //将字符常量写入LCD
     i++;                 //指向下一个字符
     delaynms(100);        //延时100ms较长时间，以看清关于显示的说明
    } 
    while(1)              //进入死循环，等待查明原因
      ;
}
/*****************************************************
函数功能：显示说明信息
***************************************************/   
void display_explain(void)
 {
       unsigned char i;
        WriteAddress(0x00);    //写显示地址，将在第1行第1列开始显示
      i = 0;                //从第一个字符开始显示
    while(Str[i] != '\0')  //只要没有写到结束标志，就继续写
    {      
     WriteData(Str[i]);   //将字符常量写入LCD
     i++;                 //指向下一个字符
     delaynms(100);        //延时100ms较长时间，以看清关于显示的说明
    } 
}
/*****************************************************
函数功能：显示温度符号
***************************************************/   
void display_symbol(void)
 {
       unsigned char i;
        WriteAddress(0x40);    //写显示地址，将在第2行第1列开始显示
      i = 0;                //从第一个字符开始显示
    while(Temp[i] != '\0')  //只要没有写到结束标志，就继续写
    {      
     WriteData(Temp[i]);   //将字符常量写入LCD
     i++;                 //指向下一个字符
     delaynms(50);        //延时1ms给硬件一点反应时间
    } 
}

/*****************************************************
函数功能：显示温度的小数点
***************************************************/   
void  display_dot(void)
{         
  WriteAddress(0x49);   //写显示地址，将在第2行第10列开始显示     
  WriteData('.');      //将小数点的字符常量写入LCD
  delaynms(50);         //延时1ms给硬件一点反应时间  
}
/*****************************************************
函数功能：显示温度的单位(Cent)
***************************************************/   
void  display_cent(void)
{
           unsigned char i;    
        WriteAddress(0x4c);        //写显示地址，将在第2行第13列开始显示 
      i = 0;                    //从第一个字符开始显示 
    while(Cent[i] != '\0')     //只要没有写到结束标志，就继续写
    {     
     WriteData(Cent[i]);     //将字符常量写入LCD
     i++;                 //指向下一个字符
     delaynms(50);        //延时1ms给硬件一点反应时间
    } 
}
/*****************************************************
函数功能：显示温度的整数部分
入口参数：x
***************************************************/ 
void display_temp1(unsigned char x)
{
 unsigned char j,k,l;     //j,k,l分别储存温度的百位、十位和个位
 j=x/100;              //取百位
 k=(x%100)/10;    //取十位
 l=x%10;             //取个位  
 WriteAddress(0x46);    //写显示地址,将在第2行第7列开始显示
 WriteData(digit[j]);    //将百位数字的字符常量写入LCD
 WriteData(digit[k]);    //将十位数字的字符常量写入LCD
 WriteData(digit[l]);    //将个位数字的字符常量写入LCD
 delaynms(50);         //延时1ms给硬件一点反应时间     
 }
 /*****************************************************
函数功能：显示温度的小数数部分
入口参数：x
***************************************************/ 
 void display_temp2(unsigned char x)
{
  WriteAddress(0x4a);      //写显示地址,将在第2行第11列开始显示
 WriteData(digit[x]);     //将小数部分的第一位数字字符常量写入LCD
 delaynms(50);          //延时1ms给硬件一点反应时间
}
/*****************************************************
函数功能：做好读温度的准备
***************************************************/ 
void ReadyReadTemp(void)
{
      Init_DS18B20();     //将DS18B20初始化
  WriteOneChar(0xCC); // 跳过读序号列号的操作
  WriteOneChar(0x44); // 启动温度转换   
    for(time=0;time<100;time++)
             ;  //温度转换需要一点时间
  Init_DS18B20();     //将DS18B20初始化
  WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作
  WriteOneChar(0xBE); //读取温度寄存器,前两个分别是温度的低位和高位 
}

/*****************************************************
函数功能：主函数
***************************************************/

 void main(void)
 {   
   unsigned char TL;     //储存暂存器的温度低位
     unsigned char TH;    //储存暂存器的温度高位
     unsigned char TN;      //储存温度的整数部分
   unsigned char TD;       //储存温度的小数部分
   LcdInitiate();         //将液晶初始化
    delaynms(5);        //延时5ms给硬件一点反应时间 
  if(Init_DS18B20()==1)
     display_error();
  display_explain();
    display_symbol();    //显示温度说明
      display_dot();       //显示温度的小数点
      display_cent();      //显示温度的单位
   while(1)                //不断检测并显示温度
  { 
  ReadyReadTemp();     //读温度准备
    TL=ReadOneChar();    //先读的是温度值低位
  TH=ReadOneChar();    //接着读的是温度值高位
  TN=TH*16+TL/16;      //实际温度值=(TH*256+TL)/16,即：TH*16+TL/16
                     //这样得出的是温度的整数部分,小数部分被丢弃了
    TD=(TL%16)*10/16;    //计算温度的小数部分,将余数乘以10再除以16取整，
                     //这样得到的是温度小数部分的第一位数字(保留1位小数)
    display_temp1(TN);    //显示温度的整数部分
    display_temp2(TD);    //显示温度的小数部分
      delaynms(10);               
    } 
     
}

 

5、在proteus中新建仿真文件ex55.dsn，电路原理图如下所示

6、将ex55.hex文件载入at89c51中，启动仿真，观察运行结果。下图是程序运行结果。还可以通过调节DS18B20器件上的上下箭头来模拟调节温度变化。