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STM32

基于51单片机+DS18B20温度测温器+LCD1602显示

DS18B20相关介绍

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DS18B20特性

1.独特的单总线接口，就需一条线则可实现双向通信（测温）
2.测温范围：-55℃~+125℃，可通过编程设定9—12位分辨率，对应分辨温度分别为0.5、0.25、0.125、0.0625℃。
3.支持多点组网（可连接多个DS18B20温度传感器），多个DS18B20可以并联（3或2线）实现多个组网测温，但注意超过8个要解决好供电问题，否则电压过低会导致传输不稳定，从而数据不准确。
4.工作电压：3.0~5.5V （寄生电源方式下可由数据线供电）
5.在使用过程中不需要外围电路，全部传感元件及转换电路都在芯片内了。（上拉电阻）
6.测温结果直接是数字量输出，单总线串行传送方式，同时可传送CRC校验码（校验数据采集是否正确），具有极强的抗干扰和纠错能力。
7.在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字。
8.负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。

封装形式与引脚说明

在这里插入图片描述

供电方式（外部电源供电、寄生电源供电、寄生电源强上拉）

在这里插入图片描述
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内部结构

DS18B20内部结构如图所示，其中与操作有关的是：64位光刻ROM、温度传感器、9个字节的RAM存储器、EEPROM(温度报警寄存器TH和TL、配置寄存器)。
在这里插入图片描述
光刻ROM中64位序列号是出厂前就光刻好的，相当地址序列号。排列是低位开始，低8位（产品类型标号），接着48位（自身序列号，）相当于身份证号、最高8位（前面56位的循环亢余校验码）。
如果一条总线挂接多个DS18B20需要MCU（微控制器）通过单总线对多个DS18B20进行寻址。
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

温度存储格式及配置寄存器（模式和分辨率）

DS18B20温度传感器进行测温，测温是以16位的二进制形式提供。
存放格式：
在这里插入图片描述
16位中 低4位是温度的小数部分、最高5位是温度的正负（全为0为正，全为1为负），中间的7位则是温度的整数部分。小数部分十进制等于16进制乘0.0625。

例子：
在这里插入图片描述
注意：如果是负数温度，那么得按位取反+1。
比如数据为 1111 1100 1001 0000
首先低4位都为0.所以温度小数部分为0。最高5位为1，所以温度是负数，所以我们得按位取反才是正确的数， 温度的整数部分为 100 1001——>按位取反得：011 0110 再+1 则结果是 011 0111 ——>0x37(16进制)——>55℃（十进制）

配置寄存器

TM R1 R0 1 1 1 1 1

TM：测试模式位，用于设置是在工作方式还是测试模式。在DS18B20出厂时该位设为0，用户不要改动。
R1 R0:分辨率设置

R1 R0 分辨率/位 温度最大转向时间/ms
0 0 9 93.75
0 1 10 187.5
1 0 11 375
1 1 12 750

DS18B20指令（ROM指令操作）

序号 指令 代码 说明
1 读取ROM 33H 读DS18B20的64位序列号（只能适用于总线上只有一个DS18B20）
2 符合 ROM 55H 匹配指令，发出64位ROM编码，与总线上一个或多个DS18B20匹配，完全对应则响应。（单个或多个均可）
3 跳过 ROM CCH 忽略64位ROM地址，直接向DS18B20发温度变换指令，适用于单片机工作。（适用于单个DS18B20）。
4 搜索 ROM F0H 用于确定挂接在总线上DS18B20个数和 识别64位ROM地址（一般用于多个DS18B20）。
5 报警搜索命令 ECH 执行后搜索温度超过设定值上限或下限才做出响应。
6 写暂存器 4EH 在该写暂存器指令后向DS18B20的暂存器TH.TL以及配置寄存器中写入数据。
7 读暂存器 BEH 发送该指令后DS18B20将从一个字节开始，依次送出9个字节的内容。如果不想读完所有字节。控制器可以在任何时间发出复位指令中止读取或直接不读取。
8 复制暂存器 48H 将TH.TL和配置寄存器的内容拷贝到EEPROM中，如果使用寄生电源，总线控制器必须在这条指令发出后10us内启动强上拉并保持至少10ms时间。
9 启动温度转换指令 44H 温度转换完成后存放在第1个和第2个字节中，如果是寄生电源，总线必须在发出这条指令后的10us内启动强上拉。
10 复制EEPROM指令 B8H 把TH.TL和配置寄存器的值拷贝回暂存器。这种拷贝操作在DS18B20上电时自动执行，上电后，暂存器里就存了有效数据。
11 读供电方式指令 B4H 发给DS18B20后，再发出读时间间隙，后返回电源模式：0为寄生电源、1为外部电源。

注：每个指令在写都是 低位在前 高位在后 DS18B20发送也是先发低位，再发高位。
比如发送跳过ROM指令（CCH） 二进制位：1100 1100 。发送顺序为
0、0 、1、1、 0、 0、 1、 1 。

指令的使用

多个DS18B20情况： 对某一个操作时，主机先逐个与DS18B20挂接-搜索ROM——（F0H），发出匹配ROM指令（55H），紧接着提供64位序列号，之后操作就是针对DS18B20的了。

单个DS18B20情况： 不需要搜索ROM指令，读ROM指令以及匹配ROM等操作，直接跳过ROM指令（CCH），温度转换（44H），读温度操作（8EH）。

注意事项

一、 DS18B20硬件是简单，但软件就比较复杂，特别是时序要求。
二、 连接DS18B20线长限制：部分资料显示：
采用普通信号电缆传输超50m时，测温数据不稳定。
采用带屏蔽层双绞线电缆，正常通讯距离可达到150m。
采用每米绞合次数更多的带屏蔽层双绞线电缆时，通讯距离进一步加长。
三、 距离长了测温要考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。
在测温程序设计中，一般如果硬件没什么问题，可以采用延时来跳过检测，但是如果要检测是否有应答要注意不要进入了死循环。

时序图

初始化

在这里插入图片描述

/*DS18B20初始化函数*/
void initDs18b20()
{
	DS18B20 = 1;
	delay20us();
	DS18B20 = 0;   //拉低电平 
	delay480us();  //480us-960us之间均可
	DS18B20 = 1;   //拉高电平
	delay50us();   //等待15us-60us
	if(DS18B20 == 1) //如果未响应
	{
		ds18b20Flag = 1; //DS18B20未响应 标志位置1
	}
	delay240us();	
}

写时序（写0或1）

在这里插入图片描述

/*DS18B20写命令函数*/
void ds18b20WriteData(unsigned char com)
{
	unsigned char i;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		DS18B20 = 0; //拉低电平
		//延时至少1us
		DS18B20 = com&0x01;
		delay60us(); //至少60us直到周期结束
		DS18B20 = 1;
		com = com>>1; //右移一位
	}		
}

读时序（读0或1）

在这里插入图片描述

/*DS18B20读数据函数*/
unsigned char ds18b20ReadData()
{
	unsigned char i;
	unsigned char dat = 0; //接收数据

	for(i=0;i<8;i++)
	{
		DS18B20 = 0;  //拉低电平至少1us
		dat=dat>>1;	  //右移一位
		DS18B20 = 1; //释放总线
		if(DS18B20 == 1) //如果是1
		{
			dat = dat|0x80;
		}
		delay45us(); //保持45us
		DS18B20 = 1; //释放总线
	}
	return dat;
}

程序代码

每一次进行写ROM相关命令都记得初始化。
对于单个DS18B20我们可以直接跳过ROM指令 直接温度转换。读取温度

步骤：
1.初始化
2.跳过ROM指令
3.启动温度转换（需要时间）
4.延时（等待温度转换）
5.初始化 （记得每写ROM相关命令记得需要从初始化开始）
6.读取温度
7.显示温度

LCD1602显示温度

main.c（主函数）

#include <reg52.h>
#include "delay.h"
#include "lcd1602.h"

sbit DS18B20 = P3^7; //DS18B20引脚
unsigned char ds18b20Flag; //DS18B20是否响应标志位
unsigned char temperature[2] = {'\0'}; //存放温度整数和小数
unsigned char code array[14] = {"DS18B20 error!"};
unsigned char code array1[5] = {"Temp:"};

/*DS18B20初始化函数*/
void initDs18b20()
{
	DS18B20 = 1;
	delay20us();
	DS18B20 = 0;   //拉低电平 
	delay480us();  //480us-960us之间均可
	DS18B20 = 1;   //拉高电平
	delay50us();   //等待15us-60us
	if(DS18B20 == 1) //如果未响应
	{
		ds18b20Flag = 1; //DS18B20未响应 标志位置1
	}
	delay240us();	
}

	
/*DS18B20写命令函数*/
void ds18b20WriteData(unsigned char com)
{
	unsigned char i;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		DS18B20 = 0; //拉低电平
		//延时至少1us
		DS18B20 = com&0x01;
		delay60us();
		DS18B20 = 1;
		com = com>>1;
	}		
}

/*DS18B20读数据函数*/
unsigned char ds18b20ReadData()
{
	unsigned char i;
	unsigned char dat = 0; //接收数据

	for(i=0;i<8;i++)
	{
		DS18B20 = 0;  //拉低电平至少1us
		dat=dat>>1;	  //右移一位
		DS18B20 = 1; //释放总线
		if(DS18B20 == 1)
		{
			dat = dat|0x80;
		}
		delay45us(); //保持45us
		DS18B20 = 1; //释放总线
	}
	return dat;
}

/*读取温度函数*/
void readTemperature()
{
	unsigned char temperatureLow;  //温度低字节
	unsigned char temperatureHigh; //温度高字节
	unsigned char tempFlag = 0; //温度正负标志位
	unsigned char disposeValue; //处理值
	

	initDs18b20();	//初始化DS18B20
	ds18b20WriteData(0xcc); //跳过ROM
	ds18b20WriteData(0x44); //启动温度转换指令
	//延时一段时间
	delay800ms();
	
	initDs18b20(); //每一次写命令都需要初始化
	ds18b20WriteData(0xcc); //跳过ROM
	ds18b20WriteData(0xbe); //读暂存器内容
	
	temperatureLow = ds18b20ReadData();	 //获取温度的第一个字节
	temperatureHigh = ds18b20ReadData(); //获取温度的第二个字节
	
	disposeValue = (temperatureHigh<<4)|(temperatureLow>>4);  //获取温度整数部分
	if(disposeValue>=128)  //温度是负数
	{
		disposeValue = ~disposeValue+1;
		tempFlag = 1;
	}
	temperature[0] = disposeValue; //温度整数
	temperature[1] = temperatureLow & 0x0f; //温度小数 
		
}

void displayTemperature()
{
	write_com(0x85);
	write_data((temperature[0]/100) + 0x30); //温度百位
	write_com(0x86);
	write_data((temperature[0]/10%10) + 0x30); //温度十位
	write_com(0x87);
	write_data((temperature[0]%10) + 0x30);   //温度个位

	write_com(0x88);
	write_data('.');

	write_com(0x89);
	write_data((temperature[1]*10/16) + 0x30);	//小数第一位
//	write_data((tempterature[1]*625/1000));
	write_com(0x8a);
	write_data((temperature[1]*100/16%10) + 0x30);	//小数第二位
//	write_data((tempterature[1]*625/100%10));

	/* 显示 ℃ */
	write_com(0x8b);
	write_data(0xdf);
	write_com(0x8c); 
	write_data('C');
}


void main()
{
	unsigned char i;

	init_lcd(); //初始化1602
	write_com(0x80);
	for(i=0;i<5;i++)
	{
		write_data(array1[i]);
	}
	while(1)
	{
		readTemperature();	  //读取温度
			
		if(ds18b20Flag == 1)  //如果初始化错误
		{
			for(i=0;i<14;i++)
			{
				write_com(0x80);
				write_data(array[i]);	//显示DS18B20 error!
			}
		}
		else
		{
			displayTemperature(); //温度显示
		}
				
	}
}

项目展示

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