本文介紹了利用PIC16F877A驅(qū)動DS18B20溫度采集芯片。
DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如下:
DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端;GND為電源地;VDD為外接供電電源輸入端(在寄生電源接線方式時接地)。
光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位(28H)是產(chǎn)品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。
DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以0.0625℃/LSB形式表達，其中S為符號位。
這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度;如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。
例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625℃的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625℃的數(shù)字輸出為FF6FH，-55℃的數(shù)字輸出為FC90H。
DS18B20溫度傳感器的存儲器
DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2RAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。
暫存存儲器包含了8個連續(xù)字節(jié)，前兩個字節(jié)是測得的溫度信息，第一個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個字節(jié)是溫度的高八位。第三個和第四個字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復位時被刷新。第六、七、八個字節(jié)用于內(nèi)部計算。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。
該字節(jié)各位的意義如下：
TM R1 R0 1 1 1 1 1
低五位一直都是1 ，TM是測試模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設置分辨率，如下表所示：(DS18B20出廠時被設置為12位)
分辨率設置表:
根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。
DS1820使用中注意事項
DS1820雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題：
(1)較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS1820進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時，對DS1820操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。
(2)在DS1820的有關資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS1820，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛DS1820超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要加以注意。
(3)連接DS1820的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用DS1820進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。
(4)在DS1820測溫程序設計中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號，一旦某個DS1820接觸不好或斷線，當程序讀該DS1820時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS1820硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。
經(jīng)過1天半的奮戰(zhàn)終于完成了DS18B20組網(wǎng)的驅(qū)動!不過只是兩點的組網(wǎng)，不過多點組網(wǎng)應該也不存在技術上難題!
下面是驅(qū)動程序
頭文件
#ifndef DS18B20_H
#define DS18B20_H
#include "main.h"
//define port and port direction registor
#define Dout RD0
#define DoutDir TRISD0
//define command word
#define ROM_READ 0x33
#define ROM_MATCH 0x55
#define ROM_SKIP 0xCC
#define ROM_SERCH 0xF0
#define ROM_ALARM 0xEC
#define MEM_WRITE 0x4E
#define MEM_READ 0xBE
#define MEM_COPY 0x48
#define MEM_CONVERT 0x44
#define MEM_RECALL 0xB8
#define POWER_READ 0xB4
//define function
void configure_ds18b20(uchar flag) ;//configure the accuration of thermometer
uchar init_ds18b20() ;//初始化ds18b20
uchar read_ds18b20() ;//read a byte from ds18b20
void write_ds18b20(uchar data) ;//write a byte to ds18b20
void get_sequence(uchar *seq) ;//acquire the rom sequence of ds18b20
char get_configure() ;//acquire the configuration of accuration of thermometer
uint get_temp() ;//capture temperature from ds18b20
float process_temp(uint data) ;//process the return value of the get_temp function
void start_convert() ;//start thermometer convert
uint read_temp() ;
void match_rom(uchar data[8]) ;
uint test(const uchar *data) ;//read temperature from ds18b20 specified by data
#endif
子程序
#include "ds18b20.h"
const char crc_code[256]={
0, 94, 188, 226, 97, 63, 221, 131, 194, 156, 126, 32, 163, 253, 31, 65,
157, 195, 33, 127, 252, 162, 64, 30, 95, 1, 227, 189, 62, 96, 130, 220,
35, 125, 159, 193, 66, 28, 254, 160, 225, 191, 93, 3, 128, 222, 60, 98,
190, 224, 2, 92, 223, 129, 99, 61, 124, 34, 192, 158, 29, 67, 161, 255,
70, 24, 250, 164, 39, 121, 155, 197, 132, 218, 56, 102, 229, 187, 89, 7,
219, 133, 103, 57, 186, 228, 6, 88, 25, 71, 165, 251, 120, 38, 196, 154,
101, 59, 217, 135, 4, 90, 184, 230, 167, 249, 27, 69, 198, 152, 122, 36,
248, 166, 68, 26, 153, 199, 37, 123, 58, 100, 134, 216, 91, 5, 231, 185,
140, 210, 48, 110, 237, 179, 81, 15, 78, 16, 242, 172, 47, 113, 147, 205,
17, 79, 173, 243, 112, 46, 204, 146, 211, 141, 111, 49, 178, 236, 14, 80,
175, 241, 19, 77, 206, 144, 114, 44, 109, 51, 209, 143, 12, 82, 176, 238,
50, 108, 142, 208, 83, 13, 239, 177, 240, 174, 76, 18, 145, 207, 45, 115,
202, 148, 118, 40, 171, 245, 23, 73, 8, 86, 180, 234, 105, 55, 213, 139,
87, 9, 235, 181, 54, 104, 138, 212, 149, 203, 41, 119, 244, 170, 72, 22,
233, 183, 85, 11, 136, 214, 52, 106, 43, 117, 151, 201, 74, 20, 246, 168,
116, 42, 200, 150, 21, 75, 169, 247, 182, 232, 10, 84, 215, 137, 107, 53
};
uchar init_ds18b20()
{
uchar temp=0 ;
DoutDir=0 ;
Dout=1 ;
DelayUs(1) ;
Dout=0 ;
DelayUs(600) ;
Dout=1 ;
DoutDir=1 ;
while(Dout) ;
while(!Dout) ///這里使用了超時設置
{
DelayUs(24)
if(temp==10)
{
if(Dout)
{
DoutDir=0 ;
return 1 ;
}
else
{
return 0 ;
}
}
temp++ ;
}
DoutDir=0 ;
return 1 ;
}
uchar read_ds18b20()
{
uchar temp,i ;
temp= 0 ;
DoutDir=0 ;
for(i=0;i<8;i++)
{
Dout=1 ;
DelayUs(1) ;
temp=temp>>1 ;
Dout=0 ;
DelayUs(1) ;
Dout=1 ;
DoutDir=1 ;
DelayUs(8) ;
if(Dout)
temp=temp|0x80 ;
DelayUs(60) ;
DoutDir=0 ;
}
Dout=1 ;
return temp ;
}
void write_ds18b20(uchar data)
{
uchar temp ,i ;
DoutDir=0 ;
for(i=0;i<8;i++)
{
temp=data&0x01 ;
if(temp)
{
Dout=0 ;
DelayUs(2) ;
Dout=1 ;
DelayUs(57) ;
}
else
{
Dout=0 ;
DelayUs(57) ;
Dout=1 ;
DelayUs(2) ;
}
data=data>>1 ;
}
Dout=1 ;
}
uint get_temp()
{
uchar th,tl ;
uint temp ;
th=0 ;
tl=0 ;
init_ds18b20() ;
write_ds18b20(ROM_SKIP) ;
write_ds18b20(MEM_CONVERT) ;
init_ds18b20() ;
write_ds18b20(ROM_SKIP) ;
write_ds18b20(MEM_READ) ;
tl=read_ds18b20() ;
th=read_ds18b20() ;
if(!(th&0xf0))
{
th=th&07 ;
temp=th*256+tl ;
return temp ;
}
else
{ th=th&0x07 ;
temp=th*256 +tl ;
return temp ;
}
}
void get_sequence(uchar *seq)
{
uchar i ;
uchar *temp ;
temp=seq ;
init_ds18b20() ;
write_ds18b20(ROM_READ) ;
for(i=0;i<8;i++)
{
*temp++=read_ds18b20() ;
}
return ;
}
char get_configure()
{
char temp,i ;
i=0 ;
init_ds18b20() ;
write_ds18b20(ROM_SKIP) ;
write_ds18b20(MEM_READ) ;
temp=0 ;
while(++i)
{
temp=read_ds18b20() ;
if(i==5)
return temp ;
}
}
float process_temp(uint data)
{
return data*0.0625 ;
}
void configure_ds18b20(uchar flag)
{
uchar tmp1,tmp2 ;
init_ds18b20() ;
write_ds18b20(ROM_SKIP) ;
write_ds18b20(MEM_READ) ;
tmp1=read_ds18b20() ;
tmp2=read_ds18b20() ;
tmp1=read_ds18b20() ;//get TH
tmp2=read_ds18b20() ;//get Tl
init_ds18b20() ;// reset bus
write_ds18b20(ROM_SKIP) ;//skip rom
write_ds18b20(MEM_WRITE) ;//write command
write_ds18b20(tmp1) ;//
write_ds18b20(tmp2) ;//
switch(flag)
{
case 0 :
write_ds18b20(0x1F) ;
break ;
case 1 :
write_ds18b20(0x3F) ;
break ;
case 2 :
write_ds18b20(0x5F) ;
break ;
case 3 :
write_ds18b20(0x7F) ;
break ;
default :
write_ds18b20(0x1F) ;
break ;
}
init_ds18b20() ;//reset bus
write_ds18b20(ROM_SKIP) ;//skip rom
write_ds18b20(MEM_COPY) ;//copy ram to eeprom
write_ds18b20(MEM_RECALL) ;//recopy eeprom to ram
}
uchar crc_check(uchar *data)
{
uchar temp ,i;
uchar *p=data ;
//complement ;
temp=0 ;
for(i=0;i<7;i++)
{
temp=crc_code[temp^*p] ;
p++ ;
}
if(temp==data[7])
return 1 ;
else
return 0 ;
}
void start_convert()
{
init_ds18b20() ;
write_ds18b20(ROM_SKIP) ;
write_ds18b20(MEM_CONVERT) ;
}
uint read_temp()
{
uchar tl,th ;
uint temp ;
tl=0 ;
th=0 ;
// init_ds18b20() ;
// write_ds18b20(0xcc) ;//note that don't skip rom command here ;
write_ds18b20(MEM_READ) ;
tl=read_ds18b20() ;
th=read_ds18b20() ;
if(!(th&0xf0))
{
th=th&07 ;
temp=th*256+tl ;
return temp ;
}
else
{ th=th&0x07 ;
temp=th*256 +tl ;
return temp ;
}
}
void match_rom(uchar data[8])
{
//uchar *temp=data ;
uchar i ;
init_ds18b20() ;
write_ds18b20(ROM_MATCH) ;
for(i=0;i<8;i++)
write_ds18b20(data[i]) ;
}
uint test(const uchar *data)//注意這里一定要用const關鍵字
{
uint temp ;
uchar t,tl,th;
tl=0 ;
th=0 ;
// start_convert() ;
init_ds18b20() ;
write_ds18b20(ROM_MATCH) ;
for(t=0;t<8;t++)
{
write_ds18b20(*data++) ;
}
write_ds18b20(MEM_READ) ;
tl=read_ds18b20() ;
th=read_ds18b20() ;
if(!(th&0xf0))
{
th=th&07 ;
temp=th*256+tl ;
return temp ;
}
else
{ th=th&0x07 ;
temp=th*256 +tl ;
return temp ;
}
}
主程序
#include
#include
#include "main.h"
#include "t232.h"
#include "ds18b20.h"
const uchar rom1[8]={0x28,0x94,0xB8,0x1A,0x02,0x00,0x00,0x6E} ;
const uchar rom2[8]={0x28,0x4B,0xE6,0x1A,0x02,0x00,0x00,0xB9} ;
void init_all()
{
asm("clrwdt");
init_232() ;
}
void main()
{
const char str[]="hello world!" ;
uchar dat[16],td;
uint data[2] ;
init_all() ;
//get ID of DS18b20
// init_ds18b20() ;
// write_ds18b20(0x33) ;
//for(t=0;t<8;t++)
//{
// td=read_ds18b20() ;
// put_char(td) ;
//}
//configure_ds18b20(3) ;//configure the accuration of thermometer
//td=get_configure() ;
//put_char(td) ;
while(1)
{
start_convert() ;
data[0]=test(rom1) ;
data[1]=test(rom2) ;
DelayMs(70) ;
sprintf(dat,"temp1 %d temp2 %d",data[0],data[1]) ;
send_str(dat) ;
}
}
使用DS18B20中容易出現(xiàn)的問題：
1、讀出的溫度值不變，可能是硬件方面的問題，使用寄生電源方式很容易出現(xiàn)這種問題!建議使用獨立電源供電，同時別忘了接4.7K上拉電阻 ;
2、DS18B20讀寫時序很重要，其實驅(qū)動DS18B20只需要寫好三個函數(shù)就可以了，一個初始化函數(shù)，一個讀字節(jié)函數(shù)，一個寫字節(jié)函數(shù)，如果這兩個函數(shù)驗證通過了，你也就成功了一半了，DS18B20的其他功能均是封裝這3個函數(shù)來實現(xiàn)的!只需要按照功能的使用命令即可!
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