完整word版DS18B20与LCD1602结合显示温度.docx
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完整word版DS18B20与LCD1602结合显示温度
DS18B20
一、DS18B20的外形及其与单片机的连接图
(a)(b)
图1
DS18B20是Dallas公司生产的1-Wire接口数字温度传感器,其外形如图1(a)所示,有三个引脚,分别为:
电源地1(GND); 数字信号输入/输出端2(DQ);外接供电电源输入端3(VDD,在寄生电源接线方式时接地)。
它是一种单总线数字温度传感器,所有的数据交换和控制都通过这根数据线来完成。
测试温度范围-55℃—125℃,温度数据位可配置为9、10、11、12位,对应的刻度值分别为0.5℃、0。
25℃、0.125℃、0。
0625℃,对应的最长转换时间分别为93.75ms、187。
5ms、375ms、750ms。
出厂默认配置为12位数据,刻度值为0.0625℃,最长转换时间为750ms。
从以上数据可以看出,DS18B20数据位越低、转换时间越短、反应越快、精度越低。
单总线没有时钟线,只有一根通信线,其读写数据是靠控制起始时间和采样时间来完成,所以时序要求很严格。
图1(a)为DS18B20与单片机的连接电路图,它的数据线通常要求外接一个4.7K
—10K
的上拉电阻(该电阻画原理图时靠近单片机画故没有显示出来),故其闲置时状态位高电平。
提示:
DS18B20外形酷似三极管,分辨引脚时,面对着扁平的那一面,左负右正,一旦接反就会立刻发热,甚至有可能烧毁.
二、DS18B20存储器结构
DS18B20的内部有64位的ROM单元,和9字节的暂存器单元。
1、64位(激)光刻只读存储器
每只DS18B20都有一个唯一存储在ROM中的64位编码(跟人的身份证号类似,一人一个身份证号),这是出厂时被光刻好的。
最前面8位是单线系列编码:
28h。
接着的48位是一个唯一的序列号.最后8位是以上56位的CRC编码.64—位的光刻ROM又包括5个ROM的功能命令:
读ROM,匹配ROM,跳跃ROM,查找ROM和报警查找。
ROM的作用是使每个DS18B20各不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20以实现多点监测.
2、9字节的暂存器单元
表1
DS18B20的暂存器单元如表1所示,各部分介绍如下。
1)、温度传感器
图2
暂存器的第0(LSB)字节,第1(MSB)字节为DS18B20的温度传感器,它们负责保存对温度的测量结果,用16位二进制提供,格式如图2所示。
DS18B20读取温度时共读取16位,前5个位(MSB的高5位)为符号位,当前5位为1时,读取的温度为负数;当前5位为0时,读取的温度为正。
温度为正时读取方法为:
将16进制数转换成10进制即可。
温度为负时读取方法为(实际就是取补码):
将16进制取反后加1,再转换成10进制。
例:
0550H=+85度,FC90H=—55度,0191H为25.0625度。
LSB的低四位用于表示测量值中小数点后的数值.
2)、非挥发的温度报警触发器TH和TL
位于第2和第3字节,用于写入温度报警值,实际上就是设定温度的最高和最低界限。
3)、配置寄存器
配置寄存器位于存储器的第4字节,其组织如图3所示。
配置寄存器的0~4位和7位被器件保留,禁止写入;在读回数据时全部为逻辑1。
R1和R0用于设置DS18B20的精度,具体如表2所示。
图3
表2
4)、CRC发生器
CRC字节作为DS18B2064位ROM的一部分存储在存储器中。
CRC码由ROM的前56位计算得到,被包含在ROM的重要字节当中。
CRC由存储在存储器中的数据计算得到,因此当存储器中的数据发生改变时,CRC的值也随之改变.
CRC能够在总线控制器读取DS18B20时进行数据校验。
为校验数据是否被正确读取,总线控制器必须用接受到的数据计算出一个CRC值,和存储在DS18B20的64位ROM中的值(读ROM时)或DS18B20内部计算出的8位CRC值(读存储器时)进行比较.如果计算得到的CRC值和读取出来的CRC值相吻合,数据被无错传输。
CRC值的比较以及是否进行下一步操作完全由总线控制器决定.当在DS18B20中存储的或由其计算到CRC值和总线控制器计算的值不相符时,DS18B20内部并没有一个能阻止命令序列进行的电路.
CRC的计算等式如下:
CRC = X8 + X5 + X4 + 1
单总线CRC可以由一个由移位寄存器和XOR门构成的多项式发生器来产生.这个回路包括一个移位寄存器和几个XOR门,移位寄存器的各位都被初始化为0.从ROM中的最低有效位或暂存器中的位0开始,一次一位移入寄存器。
在传输了56位ROM中的数据或移入了暂存器的位7后,移位寄存器中就存储了CRC值.下一步,CRC的值必须被循环移入.此时,如果计算得到的CRC是正确的,移位寄存器将复0。
其他字节保留用,不需要看.
三、关于单总线系统
单总线系统包括一个总线控制器和一个或多个从机.DS18B20总是充当从机。
当只有一只从机挂在总线上时,系统被称为“单点”系统;如果由多只从机挂在总线上,系统被称为“多点”。
所有的数据和指令的传递都是从最低有效位开始通过单总线。
单总线需要一个约5KΩ的外部上拉电阻;单总线的空闲状态是高电平.无论任何理由需要暂停某一执行过程时,如果还想恢复执行的话,总线必须停留在空闲状态。
在恢复期间,如果单总线处于非活动(高电平)状态,位与位间的恢复时间可以无限长。
如果总线停留在低电平超过480us,总线上的所有器件都将被复位。
四、操作流程
1.DS18B20复位.
2。
执行ROM指令.就是访问,搜索,匹配每个DS18B20独有的64位序列号。
实验板上只连有一个DS18B20,故不需识别,也就是不需读出此序列号,写代码时直接写命令0xcc跳过.
3.执行DS18B20功能指令(RAM指令,就是读写暂存器指令)。
DS18B20的功能指令很多,比较常用的有两个:
0x44:
开始转换温度。
转换好的温度会储存到暂存器字节0和1。
0xBE:
读暂存指令。
读暂存指令,会从暂存器0到9,一个一个字节读取,如果要停止
的话,必须写下DS18B20复位。
ROM指令和RAM指令的具体情况见表3.
表3
五、读写DS18B20的时序
1、DS18B20的复位时序:
1)。
单片机拉低总线480us~960us,然后释放总线(拉高电平)。
2)。
这时DS18B20会拉低信号,大约60~240us表示应答。
3)。
DS18B20拉低电平的60~240us之间,单片机读取总线的电平,如果是低电平,那么表示复位成功。
4).DS18B20拉低电平60~240us之后,会释放总线。
/********************************************************************************
复位:
主机t0时刻发送一复位脉冲(最短为480us的低电平信号),接着在t1时刻释放总线(
拉高总线电平)进入接收状态.DS18B20在检测到总线的上升沿之后等待15~60us。
接着DS18B20在t2时刻发出存在脉冲(持续60~240us的低电平)
**********************************************************************************/
voidDS18B20_Reset()
{
DQ=1;
_nop_();
DQ=0;//拉低总线
delay2us(280);//持续280*2+5=565s
DQ=1;//释放总线
while(DQ);//等待应答(电平拉低)
while(!
DQ);//应答电平大约持续60~240us后重新拉高总线
}
2、读时序:
1)。
在读取的时候单片机拉低电平大约1us;2)。
单片机释放总线,然后读取总线电平。
3).这时候DS18B20会拉低电平(0)或拉高电平
(1)。
4).读取电平过后,延迟大约40~45us.
/*****************************************************************
读字节:
主机总线t0时刻从高拉至低电平时,总线只须保持低电平l.7us。
之后在t1时刻将总线拉高产生读时间隙,读时间隙在t1时刻后t2时刻前有效。
t2距t0为15us,也就是说t2时刻前主机必须完成读位,并在t0后的60us—120us
内释放总线。
注意读的时候从最低位向最高位读。
******************************************************************/
ucharDS18B20_Read_Byte()
{
uchari,temp=0;
for(i=0;i〈8;i++)
{
temp=temp〉〉1;
DQ=0;//主机将总线拉至低电平,只需保持1.7us
_nop_();//保持一个时钟周期,也即1us
DQ=1;
delay2us
(1);//延时7us,一般读数在后半段读
if(DQ)
temp=temp|0x80;
delay2us
(2);//这里延时45us+前面7us+1us=53us,接近60us
}
returntemp;
}
3、写时序:
1)。
单片机拉低电平大约10~15us;2)。
单片机持续拉低电平(0)或拉高电平
(1)大约20~45us的时间;3).释放总线。
/*******************************************************************
写字节:
当主机总线t0时刻从高拉至低电平时就产生写时间隙。
从to时刻开始
15us之内应将所需写的位送到总线上,在随后15—60us间DS18B20对总线采样若
低电平写入的位是0;若高电平写入的位是1,连续写2位间的间隙应大于1us。
注意:
无论读写都是从最低位开始。
********************************************************************/
voidDS18B20_Write_Byte(uchardat)
{
uchari;
for(i=0;i<8;i++)
{
DQ=0;//直接拉到低电平即可产生写时间隙。
DQ=dat&0x01;//从最低位依次传输
delay2us(25);//在15us之内将需写的位送到总线上。
然后等待总线采样
//此处至少延时60us
DQ=1;//释放总线
_nop_();
dat=dat>〉1;
}
}
4、读取温度流程
/*******************************************************************
读温度:
流程:
复位——写命令(跳过读序列号,单个DS18B20时用)-—启动温度转换
—-等待转换完成(完成总线会跳回高电平)--复位—-写命令(跳过ROM编码命令)—-
读取暂存寄存器字节命令——-读低字节—-—读高字节—-复位——合并高低字节—-判断
正负
********************************************************************/
DS18B20_Read_Temperature()
{
uchartemp_low,temp_high;
DS18B20_Reset();
DS18B20_Write_Byte(0xcc);
DS18B20_Write_Byte(0x44);
while(!
DQ);//等待转换完成
DS18B20_Reset();
DS18B20_Write_Byte(0xcc);
DS18B20_Write_Byte(0xbe);
temp_low=DS18B20_Read_Byte();
temp_high=DS18B20_Read_Byte();
DS18B20_Reset();
tvalue=temp_high;
tvalue=(tvalue〈<8)|temp_low;
if(tvalue<0x0fff)
tflag=0;
else
{
tvalue=~tvalue+1;//因为最高位的前五位是1,所以寄存器存的是温度的补码(补码要取反加一得到二进制数)
tflag=1;
}
tvalue=tvalue*(0。
625);//温度值扩大10倍,精确到1位小数
return(tvalue);
}
例子:
DS18B20+1602
#include〈reg52。
h〉
#include〈INTRINS.H〉
#include #defineucharunsignedchar #defineuintunsignedint sbitDQ=P2^3;//ds18b20与单片机连接口 sbitRS=P2^6; sbitRW=P2^7; sbitE=P2^5; unsignedcharcodestr1[]={"temperature: ”}; unsignedcharcodestr2[]={”"}; uchardatadisdata[5]; uinttvalue;//温度值 uchartflag;//温度正负标志 /*************************lcd1602程序**************************/ //声明调用函数 voidLcd_W_Cmd(ucharcom); voidLcd_W_Dat(uchardat); ucharLcd_R_Busy(); voidLcd_Init(); voiddelay(uchart); voiddelay_4_nop(); /**************************延时*******************************/ #definedelay_4_nop(){_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();} voiddelay(uchart) { uchari,j; for(i=0;i〈t;i++) for(j=0;j<50;j++); } voidLcd_Init() { uchari; Lcd_W_Cmd(0x3c); Lcd_W_Cmd(0x0e); Lcd_W_Cmd(0x01); Lcd_W_Cmd(0x06); Lcd_W_Cmd(0x80); for(i=0;i { Lcd_W_Dat(str1[i]); } Lcd_W_Cmd(0xC0); for(i=0;i〈strlen(str2);i++) { Lcd_W_Dat(str2[i]); } } ucharLcd_R_Busy() { uchars; RW=1; delay_4_nop(); RS=0; delay_4_nop(); E=1; delay_4_nop(); s=P0; delay_4_nop(); E=0; return(s); } voidLcd_W_Cmd(ucharcom) { uchari; do { i=Lcd_R_Busy(); i=i&0x80; delay (2); }while(i! =0); RW=0; delay_4_nop(); RS=0; delay_4_nop(); E=1; delay_4_nop(); P0=com; delay_4_nop(); E=0; } voidLcd_W_Dat(uchardat) { uchari; do { i=Lcd_R_Busy(); i=i&0x80; delay (2); }while(i! =0); RW=0; delay_4_nop(); RS=1; delay_4_nop(); E=1; delay_4_nop(); P0=dat; delay_4_nop(); E=0; } /******************************ds1820程序***************************************/ voiddelay2us(unsignedinti)//延时1微秒 { while(-—i); } /******************************************************************************** 牛人实测,本人没有做过试验。 针对的是12Mhz的晶振 delay(0): 延时518us误差: 518-2*256=6 delay (1): 延时7us(原帖写”5us"是错的) delay(10): 延时25us误差: 25-20=5 delay(20): 延时45us误差: 45—40=5 delay(100): 延时205us误差: 205—200=5 delay(200): 延时405us误差: 405—400=5 ********************************************************************************/ /******************************************************************************** 复位: 主机t0时刻发送一复位脉冲(最短为480us的低电平信号),接着在t1时刻释放总线( 拉高总线电平)进入接收状态.DS18B20在检测到总线的上升沿之后等待15~60us.接着DS18B20 在t2时刻发出存在脉冲(持续60~240us的低电平) **********************************************************************************/ voidDS18B20_Reset() { DQ=1; _nop_(); DQ=0;//拉低总线 delay2us(280);//持续280*2+5=565s DQ=1;//释放总线 while(DQ);//等待应答(电平拉低) while(! DQ);//应答电平大约持续60~240us后重新拉高总线 } /***************************************************************** 读字节: 主机总线t0时刻从高拉至低电平时,总线只须保持低电平l.7us。 之后在t1时刻将总线拉高产生读时间隙,读时间隙在t1时刻后t2时刻前有效。 t2距t0为15us,也就是说t2时刻前主机必须完成读位,并在t0后的60us—120us 内释放总线.注意读的时候从最低位向最高位读。 ******************************************************************/ ucharDS18B20_Read_Byte() { uchari,temp=0; for(i=0;i<8;i++) { temp=temp>>1; DQ=0;//主机将总线拉至低电平,只需保持1.7us _nop_();//保持一个时钟周期,也即1us DQ=1; delay2us (1);//延时7us,一般读数在后半段读 if(DQ) temp=temp|0x80; delay2us (2);//这里延时45us+前面7us+1us=53us,接近60us } returntemp; } /******************************************************************* 写字节: 当主机总线t0时刻从高拉至低电平时就产生写时间隙。 从to时刻开始 15us之内应将所需写的位送到总线上,在随后15—60us间DS18B20对总线采样若 低电平写入的位是0;若高电平写入的位是1,连续写2位间的间隙应大于1us. 注意: 无论读写都是从最低位开始。 ********************************************************************/ voidDS18B20_Write_Byte(uchardat) { uchari; for(i=0;i<8;i++) { DQ=0;//直接拉到低电平即可产生写时间隙。 DQ=dat&0x01;//从最低位依次传输 delay2us(25);//在15us之内将需写的位送到总线上。 然后等待总线采样 //此处至少延时60us DQ=1;//释放总线 _nop_(); dat=dat〉〉1; } } /******************************************************************* 读温度: 流程: 复位-—写命令(跳过读序列号,单个DS18B20时用)——启动温度转换 --等待转换完成(完成总线会跳回高电平)--复位——写命令(跳过ROM编码命令)—- 读取暂存寄存器字节命令—-—读低字节-—-读高字节—-复位——合并高低字节--判断 正负 ********************************************************************/ DS18B20_Read_Temperature() { uchartemp_low,temp_high; DS18B20_Reset(); DS18B20_Write_Byte(0xcc); DS18B20_Write_Byte(0x44); while(! DQ);//等待转换完成 DS18B20_Reset(); DS18B20_Write_Byte(0xcc); DS18B20_Write_Byte(0xbe); temp_low=DS18B20_Read_Byte(); temp_high=DS18B20_Read_Byte(); DS18B20_Reset(); tvalue=temp_high; tvalue=(tvalue<〈8)|temp_low; if(tvalue〈0x0fff) tflag=0; else { tvalue=~tvalue+1; tflag=1; } tvalue=tvalue*(0。 625);//温度值扩大10倍,精确到1位小数 return(tvalue); } /**********************************
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