西门子6ES7222-1HD22-0XA0使用手册

　　ds18b20是美信公司的一款温度传感器，单片机可以通过1-wire和ds18b20进行通信，*终将温度读出。1-wire总线的硬件接口很简单，只需要把18b20的数据引脚和单片机的一个io口接上就可以通信。硬件的简单，随之而来的，就是软件时序的复杂。1-wire总线的时序比较复杂，很多同学在这里独立看时序图都看不明白，所以这里还要带着大家来研究18b20的时序图。我们先来看一下ds18b20的硬件原理图，如图1所示。

图1 ds18b20

　　ds18b20通过编程，可以实现*高12位的温度存储值，在寄存器中，以补码的格式存储，如图2所示。

图2 ds18b20温度表示

　　一共2个字节，lsb是低字节，msb是高字节，其中msb是字节的高位，lsb是字节的低位。大家可以看出来，二进制数字，每一位代表的温度的含义，都表示出来了。其中s表示的是符号位，低11位都是2的幂，用来表示*终的温度。ds18b20的温度测量范围是从-55度到+125度，而温度数据的表现形式，有正负温度，寄存器中每个数字如同卡尺的刻度一样分布，如图3所示。

图3 ds18b20温度显示

　　二进制数字*低位变化1，代表温度变化0.0625度的映射关系。当0度的时候，那就是0x0000，当温度125度的时候，对应十六进制是0x07d0，当温度是零下55度的时候，对应的数字是0xfc90。反过来说，当数字是0x0001的时候，那温度就是0.0625度了。

　　首先，我先根据手册上ds18b20工作协议过程大概讲解一下。

　　1、初始化。和i2c的寻址类似，1-wire总线开始也需要检测这条总线上是否存在ds18b20这个器件。如果这条总线上存在ds18b20，总线会根据时序要求返回一个低电平脉冲，如果不存在的话，也就不会返回脉冲，即总线保持为高电平，所以习惯上称之为检测存在脉冲。此外，获取存在脉冲不仅仅是检测是否存在ds18b20，还要通过这个脉冲过程通知ds18b20准备好，单片机要进行操作它了，如图4所示。

图4 获取存在脉冲

　　大家注意看图，实粗线是我们单片机io口拉低这个引脚，虚粗线是ds18b20拉低这个引脚，细线是单片机和ds18b20释放总线后，依靠上拉电阻的作用把io口引脚拉上去的。这个我们前边提到过了，51单片机释放总线就是给高电平即可。

　　存在脉冲检测过程，首先我们单片机要拉低这个引脚，持续大概480us到960us之间的时间即可，我们的程序中持续了500us。然后，单片机释放总线，就是给高电平，ds18b20等待大概15到60us后，会主动拉低这个引脚大概是60到240us，而后ds18b20会主动释放总线，这样io口会被上拉电阻自动拉高。

　　有的同学还是不能够彻底理解，程序列出来逐句解释。首先，由于ds18b20时序要求非常严格，所以在操作时序的时候，为了防止中断干扰总线时序，先关闭总中断。然后第一步，拉低ds18b20这个引脚，持续500us；第二步，延时60us；第三步，读取存在脉冲，并且等待存在脉冲结束。

　　bit get18b20ack(void)  https://复位总线，获取存在脉冲，以启动一次读写操作

{

    bit ack;

    ea = 0;   https://禁止总中断

    io_18b20 = 0;     https://产生500us复位脉冲

    delayx10us(50);

    io_18b20 = 1;

    delayx10us(6);    https://延时60us

    ack = io_18b20;   https://读取存在脉冲

    while(!io_18b20); https://等待存在脉冲结束

    ea = 1;   https://重新使能总中断

    return ack;

}

　　很多同学对第二步不理解，时序图上明明是ds18b20等待15us到60us，为什么要延时60us呢？举个例子，妈妈在做饭，告诉你大概5分钟到10分钟饭就可以吃了，那么我们什么时候去吃，能够**保证吃上饭呢？很明显，10分钟以后去吃肯定可以吃上饭。同样的道理，ds18b20等待大概是15us到60us，我们要保证读到这个存在脉冲，那么60us以后去读肯定可以读到。当然，不能延时太久，太久，超过75us，就可能读不到了，为什么是75us，大家自己思考一下。

　　2、rom操作指令。我们学i2c总线的时候，总线上可以挂多个器件，通过不同的器件地址来访问不同的器件。同样，1-wire总线也可以挂多个器件，但是他只有一条线，如何区分不同的器件呢？

　　 在每个ds18b20内部都有一个唯一的64位长的序列号，这个序列号值就存在ds18b20内部的rom中。开始的8位是产品类型编码(ds18b20是10h)，接着的48位是每个器件唯一的序号，*后的8位是crc校验码。ds18b20可以引出去很长的线，*长可以到几十米，测不同位置的温度。单片机可以通过和ds18b20之间的通信，获取每个传感器所采集到的温度信息，也可以同时给所有的ds18b20发送一些指令。这些指令相对来说比较复杂，而且应用很少，所以这里大家有兴趣自己查手册自己完成，我们这里只讲一条总线上只接一个器件的指令和程序。

　　skip rom(跳过rom)：0xcc。当总线上只有一个器件的时候，可以跳过rom，不进行rom检测。                 

　　3、ram存储器操作指令。

　　ram读取指令，只讲2条，其他的大家有需要可以随时去查资料。

　　read scratchpad(读暂存寄存器)：0xbe

　　这里要注意的是，我们的ds18b20的温度数据是2个字节，我们读取数据的时候，先读取到的是低字节的低位，读完了第一个字节后，再读高字节的低位，一直到两个字节全部读取完毕。

　　convert temperature(启动温度转换)：0x44

　　当我们发送一个启动温度转换的指令后，ds18b20开始进行转换。从转换开始到获取温度，ds18b20是需要时间的，而这个时间长短取决于ds18b20的精度。前边说ds18b20*高可以用12位来存储温度，但是也可以用11位，10位和9位一共四种格式。位数越高，精度越高，9位模式*低位变化1温度变化0.5度，同时转换速度也要快一些，如图5所示。

图5 ds18b20温度转换时间

　　其中寄存器r1和r0决定了转换的位数，出场默认值就是11，也就是12位表示温度，*大的转换时间是750ms。当启动转换后，至少要再等750ms之后才能读取温度，否则读到的温度有可能是错误的值。这就是为什么很多同学读ds18b20的时候，第一次读出来的是85度，这个值要么是没有启动转换，要么是启动转换了，但还没有等待一次转换彻底完成，读到的是一个错误的数据。

　　4、ds18b20的位读写时序。

　　ds18b20的时序图不是很好理解，大家对照时序图，结合我的解释学明白。写时序图如图6所示。

图6 ds18b20位写入时序

　　当要给ds18b20写入‘0’的时候，单片机直接将引脚拉低，持续时间大于60us小于120us就可以了。图上显示的意思是，单片机先拉低15us之后，ds18b20会在从15us到60us之间的时间来读取这一位，ds18b20*早会15us的时刻读取，典型值是30us的时刻读取，*多不会超过60us，ds18b20必然读取完毕，所以持续时间超过60us即可。

　　当要给ds18b20写入‘1’的时候，单片机先将这个引脚拉低，拉低时间大于1us，然后马上释放总线，即拉高引脚，并且持续时间也要大于60us。和写‘0’类似的是，ds18b20会在15到60us之间来读取这个‘1’。

　　可以看出来，ds18b20的时序比较严格，写的过程中**不要有中断打断，但是在两个“位”之间的间隔，是大于1小于无穷的，那在这个时间段，我们是可以开中断来处理其他程序的。发送一个字节的数据程序如下。

void write18b20(unsigned char dat)  https://向ds18b20写入一个字节数据

{

    unsigned char mask;

    ea = 0;   https://禁止总中断

    for (mask=0x01; mask!=0; mask<<=1)  https://低位在先，依次移出8个bit

    {

        io_18b20 = 0;         https://产生2us低电平脉冲

         _nop_();

        _nop_();

        if ((mask&dat) == 0)  https://输出该bit值

            io_18b20 = 0;

        else

            io_18b20 = 1;

        delayx10us(6);        https://延时60us

         io_18b20 = 1;         https://拉高通信引脚

     }

    ea = 1;   https://重新使能总中断

}

　　读时序图如图7所示。

图7 ds18b20位读取时序

　　当要读取ds18b20的数据的时候，我们的单片机首先要拉低这个引脚，并且至少保持1us的时间，然后释放引脚，释放完毕后要尽快读取。从拉低这个引脚到读取引脚状态，不能超过15us。大家从图7可以看出来，主机采样时间，也就是master samples，是在15us之内必须完成的，读取一个字节数据的程序如下。

unsigned char read18b20(void)  https://从ds18b20读取一个字节数据

{

    unsigned char dat;

    unsigned char mask;

    ea = 0;   https://禁止总中断

     for (mask=0x01; mask!=0; mask<<=1)  https://低位在先，依次采集8个bit

    {

         io_18b20 = 0;         https://产生2us低电平脉冲

        _nop_();

        _nop_();

        io_18b20 = 1;         https://结束低电平脉冲，等待18b20输出数据

        _nop_();              https://延时2us

        _nop_();

         if (!io_18b20)        https://读取通信引脚上的值

        dat &= ~mask;

        else

            dat |= mask;

        delayx10us(6);        https://再延时60us

    }

    ea = 1;   https://重新使能总中断

    return dat;

}

　　ds18b20所表示的温度值中，有小数和整数两部分。常用的带小数的数据处理方法有两种，一种是定义成浮点型直接小数整数处理，第二种是定义成整型，然后把小数和整数部分分离出来，在合适的位置点上小数点即可。我们在程序中使用的是第二种方法，下面我们就写一个程序，将我们读到的温度值显示在1602液晶上，并且保留一位小数数字。

/***********************lcd1602.c文件程序源代码*************************/

#include 

#define lcd1602_db   p0

sbit lcd1602_rs = p1^0;

sbit lcd1602_rw = p1^1;

sbit lcd1602_e  = p1^5;

void lcdwaitready()  https://等待液晶准备好

{

    unsigned char sta;

    lcd1602_db = 0xff;

    lcd1602_rs = 0;

    lcd1602_rw = 1;

    do

    {

        lcd1602_e = 1;

        sta = lcd1602_db; https://读取状态字

        lcd1602_e = 0;

    } while (sta & 0x80); https://bit7等于1表示液晶正忙，重复检测直到其等于0为止

}

void lcdwritecmd(unsigned char cmd)  https://写入命令函数

{

    lcdwaitready();

    lcd1602_rs = 0;

    lcd1602_rw = 0;

    lcd1602_db = cmd;

    lcd1602_e  = 1;

    lcd1602_e  = 0;

}

void lcdwritedat(unsigned char dat)  https://写入数据函数

{

    lcdwaitready();

    lcd1602_rs = 1;

    lcd1602_rw = 0;

    lcd1602_db = dat;

    lcd1602_e  = 1;

    lcd1602_e  = 0;

}

void lcdshowstr(unsigned char x, unsigned char y, const unsigned char *str)  https://显示字符串，屏幕起始坐标(x,y)，字符串指针str

{

    unsigned char addr;

    https://由输入的显示坐标计算显示ram的地址

    if (y == 0)

        addr = 0x00 + x; https://第一行字符地址从0x00起始

    else

        addr = 0x40 + x; https://第二行字符地址从0x40起始

    https://由起始显示ram地址连续写入字符串

    lcdwritecmd(addr | 0x80); https://写入起始地址

    while (*str != '\0')      https://连续写入字符串数据，直到检测到结束符

    {

        lcdwritedat(*str);

        str++;

    }

}

void lcdinit()  https://液晶初始化函数

{

    lcdwritecmd(0x38);  https://16*2显示，5*7点阵，8位数据接口

    lcdwritecmd(0x0c);  https://显示器开，光标关闭

    lcdwritecmd(0x06);  https://文字不动，地址自动+1

    lcdwritecmd(0x01);  https://清屏

}

/***********************ds18b20.c文件程序源代码*************************/

#include 

#include 

sbit io_18b20 = p3^2;  https://ds18b20通信引脚

void delayx10us(unsigned char t)  https://软件延时函数，延时时间(t*10)us

{

    do {

        _nop_();

        _nop_();

        _nop_();

        _nop_();

        _nop_();

        _nop_();

        _nop_();

        _nop_();

    } while (--t);

}

bit get18b20ack(void)  https://复位总线，获取存在脉冲，以启动一次读写操作

{

    bit ack;

    ea = 0;   https://禁止总中断

    io_18b20 = 0;     https://产生500us复位脉冲

    delayx10us(50);

    io_18b20 = 1;

    delayx10us(6);    https://延时60us

    ack = io_18b20;   https://读取存在脉冲

    while(!io_18b20); https://等待存在脉冲结束

    ea = 1;   https://重新使能总中断

    return ack;

}

void write18b20(unsigned char dat)  https://向ds18b20写入一个字节数据

{

    unsigned char mask;

    ea = 0;   https://禁止总中断

    for (mask=0x01; mask!=0; mask<<=1)  https://低位在先，依次移出8个bit

    {

         io_18b20 = 0;         https://产生2us低电平脉冲

        _nop_();

         _nop_();

        if ((mask&dat) == 0)  https://输出该bit值

            io_18b20 = 0;

        else

            io_18b20 = 1;

         delayx10us(6);        https://延时60us

         io_18b20 = 1;         https://拉高通信引脚

    }

    ea = 1;   https://重新使能总中断

}

unsigned char read18b20(void)  https://从ds18b20读取一个字节数据

{

    unsigned char dat;

    unsigned char mask;

    ea = 0;   https://禁止总中断

     for (mask=0x01; mask!=0; mask<<=1)  https://低位在先，依次采集8个bit

    {

        io_18b20 = 0;         https://产生2us低电平脉冲

         _nop_();

         _nop_();

         io_18b20 = 1;         https://结束低电平脉冲，等待18b20输出数据

         _nop_();              https://延时2us

         _nop_();

        if (!io_18b20)        https://读取通信引脚上的值

         dat &= ~mask;

        else

            dat |= mask;

         delayx10us(6);        https://再延时60us

     }

    ea = 1;   https://重新使能总中断

    return dat;

}

bit start18b20()  https://启动一次18b20温度转换，返回值代表是否启动成功

{

    bit ack;

    ack = get18b20ack();   https://执行总线复位，并获取18b20应答

    if (ack == 0)          https://如18b20正确应答，则启动一次转换

    {

     write18b20(0xcc);  https://跳过rom操作

     write18b20(0x44);  https://启动一次温度转换

    }

    return ~ack;  https://ack==0表示操作成功，所以返回值为其取反值

}

bit get18b20temp(int *temp)  https://读取ds18b20温度值，返回值代表是否读取成功

{

    bit ack;

    unsigned char lsb, msb; https://16bit温度值的低字节和高字节

    ack = get18b20ack();    https://执行总线复位，并获取18b20应答

    if (ack == 0)           https://如18b20正确应答，则读取温度值

    {

     write18b20(0xcc);   https://跳过rom操作

     write18b20(0xbe);   https://发送读命令

     lsb = read18b20();  https://读温度值的低字节

     msb = read18b20();  https://读温度值的高字节

        *temp = ((int)msb << 8) + lsb;  https://合成为16bit整型数

    }

return ~ack;  https://ack==0表示操作应答，所以返回值为其取反值

}

/***********************main.c文件程序源代码*************************/

#include 

bit flag1s = 0;          https://1s定时标志

unsigned char t0rh = 0;  https://t0重载值的高字节

unsigned char t0rl = 0;  https://t0重载值的低字节

void configtimer0(unsigned int ms);

unsigned char inttostring(unsigned char *str, int dat);

extern bit start18b20();

extern bit get18b20temp(int *temp);

extern void lcdinit();

extern void lcdshowstr(unsigned char x, unsigned char y, const unsigned char *str);

void main ()

{

    bit res;

    int temp;        https://读取到的当前温度值

    int intt, dect;  https://温度值的整数和小数部分

    unsigned char len;

    unsigned char str[12];

    lcdinit();        https://初始化液晶

    start18b20();     https://启动ds18b20

    configtimer0(10); https://t0定时10ms

    ea = 1;           https://开总中断

    while(1)

    {

        if (flag1s)  https://每秒更新一次温度

        {

            flag1s = 0;

            res = get18b20temp(&temp);  https://读取当前温度

            if (res)                    https://读取成功时，刷新当前温度显示

            {

                intt = temp >> 4;             https://分离出温度值整数部分

                dect = temp & 0xf;            https://分离出温度值小数部分

                len = inttostring(str, intt); https://整数部分转换为字符串

                str[len++] = '.';             https://添加小数点

                dect = (dect*10) / 16;        https://二进制的小数部分转换为1位十进制位

                str[len++] = dect + '0';      https://十进制小数位再转换为ascii字符

                while (len < 6)               https://用空格补齐到6个字符长度

                {

                    str[len++] = ' ';

                }

                str[len] = '\0';              https://添加字符串结束符

                lcdshowstr(0, 0, str);        https://显示到液晶屏上

            }

            else                        https://读取失败时，提示错误信息

            {

                lcdshowstr(0, 0, "error!");

            }

            start18b20();               https://重新启动下一次转换

        }

    }

}

unsigned char inttostring(unsigned char *str, int dat)  https://整型数转换为十进制字符串，返回值为转换后的字符串长度

{

    signed char i;

    unsigned char len = 0;

    unsigned char buf[6];

    if (dat < 0)  https://如果为负数，首先取**值，并添加负号

    {

        dat = -dat;

        *str++ = '-';

        len++;

    }

    for (i=0; i<=4; i++)  https://由低到高转换为十进制位

    {

        buf[i] = dat % 10;

        dat /= 10;

    }

    for (i=4; i>=1; i--)  https://查找有效数字*高位，以忽略更高位的‘0’

    {

        if (buf[i] != 0)

        {

            break;

        }

    }

    for ( ; i>=0; i--)  https://有效数字位转换为ascii码

    {

        *str++ = buf[i] + '0';

        len++;

    }

    *str = '\0';        https://添加字符串结束符

    return len;  https://返回字符串长度

}

void configtimer0(unsigned int ms)  https://t0配置函数

{

    unsigned long tmp;

    tmp = 11059200 / 12;      https://定时器计数频率

    tmp = (tmp * ms) / 1000;  https://计算所需的计数值

    tmp = 65536 - tmp;        https://计算定时器重载值

    tmp = tmp + 12;           https://修正中断响应延时造成的误差

    t0rh = (unsigned char)(tmp >> 8);  https://定时器重载值拆分为高低字节

    t0rl = (unsigned char)tmp;

    tmod &= 0xf0;   https://清零t0的控制位

    tmod |= 0x01;   https://配置t0为模式1

    th0 = t0rh;     https://加载t0重载值

    tl0 = t0rl;

    et0 = 1;        https://使能t0中断

    tr0 = 1;        https://启动t0

}

void interrupttimer0() interrupt 1  https://t0中断服务函数

{

    static unsigned char tmr1s = 0;

    th0 = t0rh;  https://定时器重新加载重载值

    tl0 = t0rl;

    tmr1s++;

    if (tmr1s >= 100)  https://定时1s

    {

        tmr1s = 0;

        flag1s = 1;

    }