DS18B20与单片机的通信、DS18B20采集温度、MODBUS协议、练习框架-编程知识

我要成为嵌入式高手之4月9日51单片机第四天！！
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DS18B20温度传感器

单总线数字温度计

异步的半双工的串行通信

测量范围从-55℃ ~ +125℃，增量值为0.5℃

要用DS18B20采集温度，就要实现与单片机之间的通信，因此有两个问题

Bus master active low：主机执行低电平

DS1820 active low：DS18B20执行低电平

Both bus master and DS1820 active low：全都释放低电平

Resistor pull-up：电阻拉高

1、如何向DS18B20发送数据

sendChar(发送单字节的数据)

主机（单片机）向DS18B20写入（发送）0：

空闲时总线上呈现高电平，如果要发送0，就把总线电平拉低：至少(MIN)拉低15微秒，典型(TYP)拉低30微秒，最多(MAX)拉低60微秒。这样一段时间就表示单片机向DS18B20写入一个0；（由于是异步传输，故0 和 1只能靠控制时间长短来表示）

主机（单片机）向DS18B20写入（发送）1：

空闲时总线上呈现高电平，如果要发送1，就把总线电平拉低，拉低时间大于1微秒后，立刻又将电平拉高，拉高时间为：至少(MIN)拉高15微秒，典型(TYP)拉高30微秒，最多(MAX)拉高60微秒。

2、如何从DS18B20读取数据

readChar()

MASTER SAMPLES：主机采样（读引脚电平）

主机（单片机）从DS18B20读取（接收）0：

空闲时总线上呈现高电平，DS18B20会将电平拉低，在拉低后的15微秒以内，单片机进行采样，若为低电平，说明收到的是0；

主机（单片机）从DS18B20读取（接收）1：

空闲时总线上呈现高电平，DS18B20会将电平拉低，在拉低后1微秒之后且15微秒以内，单片机进行采样，若为高电平，说明收到的是1；

以上两图即为DS18B20数据收发原理

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DS18B20采集流程

复位

1、单片机向DS18B20发送0xCC

2、单片机向DS18B20发送0x44（启动温度变换）

3、延时（将温度模拟转换为数字需要时间，大约为700ms）

复位

4、单片机向DS18B20发送0xCC

5、单片机向DS18B20发送0xBE（读取温度）

6、单片机连续从DS18B20读取两个字节

如何将读取到的字节转换为浮点型（float）？

读出的两个字节是一个补码，需要 * 0.0625（2 ^ -4）得到温度

涉及到的问题：

单片机P37和DS18B20总线连接起来，要是P37要拉低电平，总线要拉高电平，那到底是高电平还是低电平？

答：一定是低电平，因为有任一方拉低，相当于该总线接地，那么就是低电平。

那么如何保证该总线一定是高电平呢？

答：在该总线上外接一个上拉电阻（4.7k ~ 10k）（因为51的内部构造，导致51的上拉电平非常弱，因此需要这个电阻来添一把力，保证它是高电平），这样在单片机和DS18B20同时拉高时，该总线一定是高电平。

这俩表现出一种特性：线与特性

拉高总线的操作称为：释放总线

拉低总线的操作称为：占有总线

初始化过程"复位和存在脉冲"

黑色线表示单片机拉低，此时DS18B20释放总线（最少480最多960微秒）；然后单片机释放总线在60~240微秒之内DS18B20要拉低总线，这样就能检测到低电平，在240微秒之后，DS18B20再次释放总线，此时总线上必然会检测到高电平，这样就表示该信号存在可以被使用

延时10us函数

//延时10us
void delay10us(unsigned int n)	//@12.000MHz
{unsigned char data i;while (n--){i = 2;while (--i);}
}

初始化

#include "ds18b20.h"#define DS18B20CLR (P3 &= ~(1 << 7))
#define DS18B20SET (P3 |= (1 << 7))
#define DS18B20TST ((P3 & (1 << 7)) != 0)//判断总线是否为高电平，1为高电平，0为低电平void delay10us(unsigned int n)	//@12.000MHz
{unsigned char data i;while (n--){i = 2;while (--i);}
}int rest18b20(void)
{int t = 0;DS18B20CLR;//单片机拉低delay10us(70);//延时DS18B20SET;//释放总线while (t <= 24 && DS18B20TST)//240us之内，DS18B20为高电平{delay10us(1);++t;		}if (t >= 24)//超过240us{return 0;//说明初始化有问题}t = 0;while (t <= 24 && !DS18B20TST)//240us之内，DS18B20为低电平{delay10us(1);}if (t > 24){return 0;//一直为低电平，跳不上高电平，初始化有问题}	return 1;//在240us之内出现低电平，初始化正确，返回1
}

向18b20发送数据

/********************向18b20发送数据*一次发送一个char*先发低位******************/
void sendChar(unsigned char n)//LSB先行，先发低位
{int i = 0;for (i = 0; i < 8; ++i){if ((n & 0x01) != 0)//判断要发的位不为0，此时应该找1的时序图{DS18B20CLR;_nop_();_nop_();DS18B20SET;delay10us(3);			}else{DS18B20CLR;delay10us(5);DS18B20SET;}n >>= 1;}
}

从18b20接收数据

/*********************从18b20接收数据*一次发送一个char*从低位开始接收*返回接收到的数据********************/
unsigned char readChar(void)//接收18b20的数据，每次接收一个字符
{unsigned char ret = 0;int i = 0;for (i = 0; i < 8; ++i){DS18B20CLR;//拉低总线_nop_();//空指令，但是消耗了一个指令周期，1us_nop_();DS18B20SET;//释放总线_nop_();_nop_();_nop_();//采样：DS18B20TST表示P37是(1)否(0)为高电平，若接收到1，左移或运算可以将指定位置1(第i位为1，其余位为0)ret |= DS18B20TST << i;delay10us(5);}return ret;
}

获取温度（按照流程）

float getTemerature(void)
{unsigned char t1, t2;	int ret = 0;
//接收温度的总流程rest18b20();sendChar(0xCC);sendChar(0x44);delay10us(60000);rest18b20();sendChar(0xCC);sendChar(0xBE);t1 = readChar();//低位t2 = readChar();//高位//将字符型转换为浮点型ret = t2 << 8 | t1;return ret * 0.0625;	
//
}

main.c

如何查看获取到的温度的数据呢？

这里采用串口调试查看（uart->send_buffer）

#include "ds18b20.h"
#include "uart.h"int main(void)
{float f;char s[16];	uart_init();	while (1){f = getTemerature();sprintf(s, "%f", f);send_buffer(s, strlen(s));}return 0;
}