大家好， 通過前一期的學習， 我們已經(jīng)對ICD2 仿真燒寫器和增強型PIC 實驗板的使用方法及學習方式有所了解與熟悉，學會了如何用單片機來控制發(fā)光管、繼電器、蜂鳴器、按鍵、數(shù)碼管、RS232 串口、步進電機等資源，體會到了學習板的易用性與易學性，看了前幾期實例，當你實驗成功后一定很興奮，很有成就感吧！現(xiàn)在我們就趁熱打鐵，再向上跨一步，一起來學習一下DS18B20 數(shù)字溫度傳感器的工作原理及使用方法，這樣我們用單片機來讀取溫度數(shù)值，可以做出很多溫控方面的小產(chǎn)品來，如溫度計，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、易配處理器等優(yōu)點，特別適用于構(gòu)成多點溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號（提供9 位二進制數(shù)字）給單片機處理，且在同一總線上可以掛接多個傳感器芯片。它具有3 引腳TO － 92 小體積封裝形式，溫度測量范圍為－ 55℃～＋ 125℃，其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生，多個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。以上特點使DS18B20 非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng)。

二、 DS18B20外形、引腳及時序

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，具體差別請查閱有關(guān)手冊，在TO-92 封裝中引腳分配如下：

1（GND）：地

2（DQ）：單總線數(shù)據(jù)輸入輸出引腳

3（VDD）：可選的電源引腳（在某些應(yīng)用場合可以不接）

單總線有一個主機，能夠控制一個或多個從機設(shè)備。主機可以是微處理器，從機可以是單總線器件，它們之間的數(shù)據(jù)交換只通過一條信號線。

當只有一個從機設(shè)備時，系統(tǒng)可按單節(jié)點系統(tǒng)操作；當有多個從設(shè)備時，系統(tǒng)則按多節(jié)點系統(tǒng)操作。主機或從機通過一個漏極開路或三態(tài)端口連接到這個數(shù)據(jù)線，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時能夠釋放總線，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約為4.7K 左右的上拉電阻，這樣，當總線空閑時，其狀態(tài)為高電平。主機和從機之間的通信可以通過三個步驟完成，分別是初始化單總線器件、識別單總線器件、數(shù)據(jù)交換。由于它們是主從結(jié)構(gòu)，只有主機呼號從機時，從機才能應(yīng)答，因此主機訪問單總線器件時都必須嚴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。

圖2 內(nèi)部等效電路圖

所有單總線器件的讀、寫時序至少需要60μS，且每兩個獨立的時序間至少需要1μS的恢復(fù)時間。在寫時序中，主機將在拉低總線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發(fā)出讀時序時才向主機傳輸數(shù)據(jù)，所以，當主機向單總線器件發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時序，以便單總線器件能傳輸數(shù)據(jù)。

三、DS18B20工作過程

DS18B20 內(nèi)部的“低溫度系數(shù)振蕩器”頻率隨溫度變小，振蕩信號送計數(shù)器1，“高溫度系數(shù)振蕩器”振蕩頻率隨溫度變化，振蕩信號送計數(shù)器2。兩者的計數(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，最高位為符號位，其余8 位以二進制補碼形式表示溫度值。測溫結(jié)束時，這9 位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到暫存存儲器的前兩個字節(jié)中，符號位占用第一字節(jié)，8 位溫度數(shù)據(jù)占據(jù)第二字節(jié)。但因符號位擴展成高8 位，所以最后以16 位補碼形式讀出。

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AD 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路才可以將數(shù)據(jù)傳給單片機，但是DS18B20 的輸出口可以直接和單片機I/O 口相連，我們只需要操作單片機的一個I/O 口，就可以獲得溫度值了，使用更加簡單、方便。

現(xiàn)在，我們來一起看一個數(shù)字溫度通過數(shù)碼管顯示的例子，通過一個實例，相信會給大家?guī)硪粋€感性的認識。

四、溫度采集應(yīng)用實例

首先，我們來看一下增強型PIC 實驗板上的DS18B20 溫度傳感器的接口電路，因為我們需要將軟件和硬件相結(jié)合進行考慮如何來編程，完成該實驗的硬件原理圖如圖3 所示，J5 為實驗板上溫度傳感器的接口，傳感器輸出的數(shù)據(jù)與單片機的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RC 口送入，各數(shù)碼管的顯示片選信號分別不同的RA 口進行控制。

圖3 硬件原理圖

對于單片機軟件的編程，我們使用MPLabIDE 軟件來進行C 語言編程，它是我們的編程環(huán)境，同時我們可以通過使用ICD2 仿真燒寫器和增強型PIC 實驗板連接進行程序的仿真調(diào)試和燒寫步驟，具體的操作步驟，我們已經(jīng)在前幾期做了詳細的說明和介紹，在此就不再重復(fù)說明，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行調(diào)試了，我們在MPLab IDE 軟件中新建工程，加入源程序代碼，同時進行芯片型號的選擇和配置位的設(shè)置，我們實驗所用的芯片型號為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)個位，并

點亮小數(shù)點

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 口方向為輸出

TRISD=0x00; // 設(shè)置D 口方向為輸出

TRISC=0x00;

PORTD=0xff;

}

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

{

char presence=1;

while（presence）

{

DQ_LOW（） ; // 主機拉至低電平

delay（2,70）； // 延時503us

DQ_HIGH（）； // 釋放總線等電阻拉高總線，

并保持15~60us

delay（2,8）； // 延時70us

if（DQ==1）

presence=1;

// 沒有接收到應(yīng)答信號，繼續(xù)復(fù)位

else

presence=0; // 接收到應(yīng)答信號

delay（2,60）； // 延時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)生寫時間隙

if（temp==1）

DQ_HIGH（）； // 如果寫1, 拉高電平

delay（2,7）； // 延時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： 啟動溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)函數(shù)

{

int i;

DQ_HIGH（）；

reset（）； // 復(fù)位等待從機應(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)換完成所需要的時間

}

reset（）； // 再次復(fù)位，等待從機應(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溫度傳感器插上實驗板，如圖4 所

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