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4.7KΩ-10KΩ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(跟人的号类似，一人一个号)，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)

******************************************************************************* ***/

void DS18B20_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

释放总线.注意读的时候从最低位向最高位读。

******************************************************************/

uchar DS18B20_Read_Byte()

{

uchar i,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 }

return temp;

}

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。

********************************************************************/ void DS18B20_Write_Byte(uchar dat)

{

uchar i;

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()

{

uchar temp_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

#include

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit DQ=P2^3;//ds18b20与单片机连接口

sbit RS=P2^6;

sbit RW=P2^7;

sbit E=P2^5;

unsigned char code str1[]={"temperature: "};

unsigned char code str2[]={" "};

uchar data disdata[5];

uint tvalue;//温度值

uchar tflag;//温度正负标志

/*************************lcd1602程序**************************/

//声明调用函数

void Lcd_W_Cmd(uchar );

void Lcd_W_Dat(uchar dat);

uchar Lcd_R_Busy();

void Lcd_Init();

void delay(uchar t);

void delay_4_nop();

/**************************延时*******************************/

#define delay_4_nop() {_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}

void delay(uchar t)

{

uchar i, j;

for(i=0; i

for(j=0; j<50; j++);

}

void Lcd_Init()

{

uchar i;

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

{

Lcd_W_Dat(str2[i]);

}

}

uchar Lcd_R_Busy()

{

uchar s;

RW=1;

delay_4_nop();

RS=0;

delay_4_nop();

E=1;

delay_4_nop();

s=P0;

delay_4_nop();

E=0;

return(s);

}

void Lcd_W_Cmd(uchar )

{

uchar i;

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=;

delay_4_nop();

E=0;

}

void Lcd_W_Dat(uchar dat)

{

uchar i;

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***************************************/

void delay2us(unsigned int i)//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)

******************************************************************************* ***/

void DS18B20_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

释放总线.注意读的时候从最低位向最高位读。

******************************************************************/

uchar DS18B20_Read_Byte()

{

uchar i,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 }

return temp;

}

/*******************************************************************

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。

********************************************************************/ void DS18B20_Write_Byte(uchar dat)

{

uchar i;

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()

{

uchar temp_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);

}

/*******************************************************************/ void Show_Temperature()//温度值显示

{

uchar flagdat;

disdata[0]=tvalue/1000+0x30;//百位数

disdata[1]=tvalue%1000/100+0x30;//十位数

disdata[2]=tvalue%100/10+0x30;//个位数

disdata[3]=tvalue%10+0x30;//小数位

if(tflag==0)

flagdat=0x20;//正温度不显示符号

else

flagdat=0x2d;//负温度显示负号:-

if(disdata[0]==0x30)

{

disdata[0]=0x20;//如果百位为0，不显示

if(disdata[1]==0x30)

{

disdata[1]=0x20;//如果百位为0，十位为0也不显示

}

}

Lcd_W_Cmd(0xc0);

Lcd_W_Dat(flagdat);//显示符号位

Lcd_W_Cmd(0xc1);

Lcd_W_Dat(disdata[0]);//显示百位

Lcd_W_Cmd(0xc2);

Lcd_W_Dat(disdata[1]);//显示十位

Lcd_W_Cmd(0xc3);

Lcd_W_Dat(disdata[2]);//显示个位

Lcd_W_Cmd(0xc4);

Lcd_W_Dat(0x2e);//显示小数点

Lcd_W_Cmd(0xc5);

Lcd_W_Dat(disdata[3]);//显示小数位

}

/********************主程序***********************************/

void main()

{

Lcd_Init();//初始化显示

while(1)

{

DS18B20_Read_Temperature();//读取温度

Show_Temperature();//显示

}

}