大家好， 通過(guò)前一期的學(xué)習(xí)， 我們已經(jīng)對(duì)ICD2 仿真燒寫器和增強(qiáng)型PIC 實(shí)驗(yàn)板的使用方法及學(xué)習(xí)方式有所了解與熟悉，學(xué)會(huì)了如何用單片機(jī)來(lái)控制發(fā)光管、繼電器、蜂鳴器、按鍵、數(shù)碼管、RS232 串口、步進(jìn)電機(jī)等資源，體會(huì)到了學(xué)習(xí)板的易用性與易學(xué)性，看了前幾期實(shí)例，當(dāng)你實(shí)驗(yàn)成功后一定很興奮，很有成就感吧！現(xiàn)在我們就趁熱打鐵，再向上跨一步，一起來(lái)學(xué)習(xí)一下DS18B20 數(shù)字溫度傳感器的工作原理及使用方法，這樣我們用單片機(jī)來(lái)讀取溫度數(shù)值，可以做出很多溫控方面的小產(chǎn)品來(lái)，如溫度計(jì)，溫度控制繼電器的應(yīng)用系統(tǒng)。

一、 單總線溫度傳感器DS18B20簡(jiǎn)介

DS18B20 是DALLAS 公司生產(chǎn)的單總線式數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、搞干擾能力強(qiáng)、易配處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)（提供9 位二進(jìn)制數(shù)字）給單片機(jī)處理，且在同一總線上可以掛接多個(gè)傳感器芯片。它具有3 引腳TO － 92 小體積封裝形式，溫度測(cè)量范圍為－ 55℃～＋ 125℃，其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生，多個(gè)DS18B20 可以并聯(lián)到3 根或2 根線上，CPU只需一根端口線就能與多個(gè)DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點(diǎn)使DS18B20 非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。

二、 DS18B20外形、引腳及時(shí)序

外形及引腳如圖1 所示。

圖1 管腳排列圖

在TO-92 和SO-8 的封裝中引腳有所不同，具體差別請(qǐng)查閱有關(guān)手冊(cè)，在TO-92 封裝中引腳分配如下：

1（GND）：地

2（DQ）：?jiǎn)慰偩€數(shù)據(jù)輸入輸出引腳

3（VDD）：可選的電源引腳（在某些應(yīng)用場(chǎng)合可以不接）

單總線有一個(gè)主機(jī)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。主機(jī)可以是微處理器，從機(jī)可以是單總線器件，它們之間的數(shù)據(jù)交換只通過(guò)一條信號(hào)線。

當(dāng)只有一個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)可按單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作；當(dāng)有多個(gè)從設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)則按多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作。主機(jī)或從機(jī)通過(guò)一個(gè)漏極開路或三態(tài)端口連接到這個(gè)數(shù)據(jù)線，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能夠釋放總線，而讓其它設(shè)備使用總線，其內(nèi)部等效電路圖如圖2 所示。單總線通常要求接一個(gè)約為4.7K 左右的上拉電阻，這樣，當(dāng)總線空閑時(shí)，其狀態(tài)為高電平。主機(jī)和從機(jī)之間的通信可以通過(guò)三個(gè)步驟完成，分別是初始化單總線器件、識(shí)別單總線器件、數(shù)據(jù)交換。由于它們是主從結(jié)構(gòu)，只有主機(jī)呼號(hào)從機(jī)時(shí)，從機(jī)才能應(yīng)答，因此主機(jī)訪問單總線器件時(shí)都必須嚴(yán)格遵循單總線命令序列。如果出現(xiàn)序列混亂，單總線器件將不響應(yīng)主機(jī)。

圖2 內(nèi)部等效電路圖

所有單總線器件的讀、寫時(shí)序至少需要60μS，且每?jī)蓚€(gè)獨(dú)立的時(shí)序間至少需要1μS的恢復(fù)時(shí)間。在寫時(shí)序中，主機(jī)將在拉低總線15μS 之內(nèi)釋放總線，并向單總線器件寫“1”；如果主機(jī)拉低總線后能保持至少60μS 的低電平，則向總線器件寫“0”。單總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序時(shí)才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，當(dāng)主機(jī)向單總線器件發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便單總線器件能傳輸數(shù)據(jù)。

三、DS18B20工作過(guò)程

DS18B20 內(nèi)部的“低溫度系數(shù)振蕩器”頻率隨溫度變小，振蕩信號(hào)送計(jì)數(shù)器1，“高溫度系數(shù)振蕩器”振蕩頻率隨溫度變化，振蕩信號(hào)送計(jì)數(shù)器2。兩者的計(jì)數(shù)差與溫度成正比。DS18B20內(nèi)部的溫度寄存器中的溫度值以9 位數(shù)據(jù)格式表示，最高位為符號(hào)位，其余8 位以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示溫度值。測(cè)溫結(jié)束時(shí)，這9 位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到暫存存儲(chǔ)器的前兩個(gè)字節(jié)中，符號(hào)位占用第一字節(jié)，8 位溫度數(shù)據(jù)占據(jù)第二字節(jié)。但因符號(hào)位擴(kuò)展成高8 位，所以最后以16 位補(bǔ)碼形式讀出。

DS18B20 內(nèi)部的比較器以四舍五入的量化方式確定溫度寄存器的最低有效位。四舍五入最大量化誤差為±1/2LSB，即0.25℃。

而一般模擬量輸出的溫度傳感器我們還需要加上一個(gè)AD 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路才可以將數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)，但是DS18B20 的輸出口可以直接和單片機(jī)I/O 口相連，我們只需要操作單片機(jī)的一個(gè)I/O 口，就可以獲得溫度值了，使用更加簡(jiǎn)單、方便。

現(xiàn)在，我們來(lái)一起看一個(gè)數(shù)字溫度通過(guò)數(shù)碼管顯示的例子，通過(guò)一個(gè)實(shí)例，相信會(huì)給大家?guī)?lái)一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。

四、溫度采集應(yīng)用實(shí)例

首先，我們來(lái)看一下增強(qiáng)型PIC 實(shí)驗(yàn)板上的DS18B20 溫度傳感器的接口電路，因?yàn)槲覀冃枰獙④浖陀布嘟Y(jié)合進(jìn)行考慮如何來(lái)編程，完成該實(shí)驗(yàn)的硬件原理圖如圖3 所示，J5 為實(shí)驗(yàn)板上溫度傳感器的接口，傳感器輸出的數(shù)據(jù)與單片機(jī)的RD5 口相連，七段數(shù)碼管D5、D7、D8組成了顯示單元，字形碼的數(shù)據(jù)通過(guò)RC 口送入，各數(shù)碼管的顯示片選信號(hào)分別不同的RA 口進(jìn)行控制。

圖3 硬件原理圖

對(duì)于單片機(jī)軟件的編程，我們使用MPLabIDE 軟件來(lái)進(jìn)行C 語(yǔ)言編程，它是我們的編程環(huán)境，同時(shí)我們可以通過(guò)使用ICD2 仿真燒寫器和增強(qiáng)型PIC 實(shí)驗(yàn)板連接進(jìn)行程序的仿真調(diào)試和燒寫步驟，具體的操作步驟，我們已經(jīng)在前幾期做了詳細(xì)的說(shuō)明和介紹，在此就不再重復(fù)說(shuō)明，讀者朋友可以參閱以前的文章或直接登陸我們的網(wǎng)站查看資料?，F(xiàn)在我們可以輸入程序代碼進(jìn)行調(diào)試了，我們?cè)贛PLab IDE 軟件中新建工程，加入源程序代碼，同時(shí)進(jìn)行芯片型號(hào)的選擇和配置位的設(shè)置，我們實(shí)驗(yàn)所用的芯片型號(hào)為PIC16F877A。編寫的程序代碼如下：

#include// 包含頭文件

#define uch unsigned char // 宏定義

# define DQ RD5 // 端口定義

# define DQ_DIR TRISD5 // 端口定義

# define DQ_HIGH（） DQ_DIR =1

# define DQ_LOW（） DQ = 0; DQ_DIR = 0

// 設(shè)置數(shù)據(jù)口為輸出

// 變量定義

unsigned char TLV=0; // 采集到的溫度高8 位

unsigned char THV=0; // 采集到的溫度低8 位

unsigned char TZ=0;

// 轉(zhuǎn)換后的溫度值整數(shù)部分

unsigned char TX=0; // 轉(zhuǎn)換后的溫度值小數(shù)部分

unsigned int wd; // 轉(zhuǎn)換后的溫度值BCD 碼形式

unsigned char shi; // 整數(shù)十位

unsigned char ge; // 整數(shù)個(gè)位

unsigned char shifen; // 十分位

unsigned char baifen; // 百分位

unsigned char table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};

// 共陰LED 段碼表 0-9 的顯示代碼

void delay（char x,char y）

// 函數(shù)功能： 數(shù)碼管延時(shí)子程序

{

char z;

do{

z=y;

do{;}while（--z）；

}while（--x）；

}

void display（） // 函數(shù)功能： 數(shù)碼管顯示子程序

{

TRISA=0X00; // 設(shè)置A 口全為輸出

PORTC=table[shi]; // 顯示整數(shù)十位

PORTA=0xEF;

delay（10,70）；

PORTC=table[ge]&0x7F; // 顯示整數(shù)個(gè)位，并

點(diǎn)亮小數(shù)點(diǎn)

PORTA=0xDF;

delay（10,70）；

PORTC=table[shifen]; // 顯示小數(shù)十分位

PORTA=0xFB;

delay（10,70）；

PORTC=table[baifen]; // 顯示小數(shù)百分位

}

void init（） // 函數(shù)功能： 系統(tǒng)初始化函數(shù)

{

ADCON1=0x07; // 設(shè)置A 口為普通數(shù)字口

TRISA=0x00; // 設(shè)置A 口方向?yàn)檩敵?/p>

TRISD=0x00; // 設(shè)置D 口方向?yàn)檩敵?/p>

TRISC=0x00;

PORTD=0xff;

}

reset（void） // 復(fù)位DS18B20 函數(shù)函數(shù)

{

char presence=1;

while（presence）

{

DQ_LOW（） ; // 主機(jī)拉至低電平

delay（2,70）； // 延時(shí)503us

DQ_HIGH（）； // 釋放總線等電阻拉高總線，

并保持15~60us

delay（2,8）； // 延時(shí)70us

if（DQ==1）

presence=1;

// 沒有接收到應(yīng)答信號(hào)，繼續(xù)復(fù)位

else

presence=0; // 接收到應(yīng)答信號(hào)

delay（2,60）； // 延時(shí)430us

}

}

void write_byte（uch val）

// 寫18b20 寫字節(jié)函數(shù)函數(shù)

{

uch i;

uch temp;

for（i=8;i>0;i--）

{

temp=val&0x01; // 最低位移出

DQ_LOW（）；

NOP（）；

NOP（）；

NOP（）；

NOP（）；

NOP（）；

// 從高拉至低電平， 產(chǎn)生寫時(shí)間隙

if（temp==1）

DQ_HIGH（）； // 如果寫1, 拉高電平

delay（2,7）； // 延時(shí)63us

DQ_HIGH（）；

NOP（）；

NOP（）；

val=val》1; // 右移一位

}

}

uch read_byte（void）

// 函數(shù)功能：18b20 讀字節(jié)函數(shù)函數(shù)

{

uch i;

uch value=0; // 讀出溫度

static bit j;

for（i=8;i>0;i--）

{

value》=1;

DQ_LOW（）；

NOP（）；

NOP（）；

NOP（）；

NOP（）；

NOP（）；

NOP（）； //6us

DQ_HIGH（）； // 拉至高電平

NOP（）；

NOP（）；

NOP（）；

NOP（）；

NOP（）； //4us

j=DQ;

if（j） value|=0x80;

delay（2,7）； //63us

}

return（value）；

}

void get_temp（）

// 函數(shù)功能： 啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)函數(shù)

{

int i;

DQ_HIGH（）；

reset（）； // 復(fù)位等待從機(jī)應(yīng)答

write_byte（0xCC）； // 忽略ROM 匹配

write_byte（0x44）； // 發(fā)送溫度轉(zhuǎn)化命令

for（i=20;i>0;i--）

{

display（）；

// 調(diào)用多次顯示函數(shù)，確保溫度轉(zhuǎn)換完成所需要的時(shí)間

}

reset（）； // 再次復(fù)位，等待從機(jī)應(yīng)答

write_byte（0xCC）； // 忽略ROM 匹配

write_byte（0xBE）； // 發(fā)送讀溫度命令

TLV=read_byte（）； // 讀出溫度低8 位

THV=read_byte（）； // 讀出溫度高8 位

DQ_HIGH（）； // 釋放總線

TZ=（TLV》4）|（THV《4）&0x3f;

// 溫度整數(shù)部分

TX=TLV《4; // 溫度小數(shù)部分

if（TZ>100）

TZ/100; // 不顯示百位

ge=TZ%10; // 整數(shù)部分個(gè)位

shi=TZ/10; // 整數(shù)十位

wd=0;

if （TX & 0x80）

wd=wd+5000;

if （TX & 0x40）

wd=wd+2500;

if （TX & 0x20）

wd=wd+1250;

if （TX & 0x10）

wd=wd+625;

// 以上4 條指令把小數(shù)部分轉(zhuǎn)換為BCD 碼形式

shifen=wd/1000; // 十分位

baifen=（wd%1000）/100; // 百分位

NOP（）；

}

void main（） // 主函數(shù)

{

init（）； // 調(diào)用系統(tǒng)初始化函數(shù)

while（1）

{

get_temp（）； // 調(diào)用溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)

display（）； // 調(diào)用結(jié)果顯示函數(shù)

}

}

編好程序后，讀者朋友可以先將DS18B20溫度傳感器插上實(shí)驗(yàn)板，如圖4 所

[1] [2]

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