02- 模块化编程-004 DB18B20温度数码显示

1、DB18B20采样与显示电路


2、DB18B20简介

  • DS18B20是一款高精度的单总线数字温度传感器，适用于多种温度测量场合。
  • 温度范围：-55℃至125℃
  • 精度：可编程设定9至12位分辨率，对应温度分辨率0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃
  • 通信：单总线协议，通过一根通信线完成数据传输
  • 供电：支持2.5V至5.5V电压供电，也可通过寄生电源供电
  • 内部结构：64位ROM和9字节暂存器，支持多点组网

 编程难点：严格的时序要求，需要精确控制起始和采样时间

3、软件代码

DS18B20.c

/********************************************************************** 模块名称: DS18B20.c* 模块描述: DS18B20温度传感器驱动程序实现* 创建人: bianjingyuan* 创建日期: 2024年11月4日* 编译环境: Windows XP + MPLAB IDE 8.83 + Picc 9.60* 版本号: 1.0* 修改记录: 无*********************************************************************/#include "DS18B20.h"      // 包含DS18B20的头文件// 定义数据类型
#define uint unsigned int    // uint 类型定义为无符号整型
#define uchar unsigned char  // uchar 类型定义为无符号字符型// 定义汇编指令
#define nop asm("NOP")      // 定义空操作指令// 定义DS18B20通信端口
#define DQ RD0              // 选择与DS18B20通信的端口为 RD0// 定义获取高字节和低字节的宏
#define highbyte(value) ((value) >> 8)      // 获取无符号整型的高字节
#define lowbyte(value) ((value) & 0xFF)     // 获取无符号整型的低字节// DQ引脚的高低电平设置宏
#define DQ_HIGH() TRISD0 = 1  // 将 DQ 端口设置为输入（高电平）
#define DQ_LOW()  DQ = 0; TRISD0 = 0 // 将 DQ 端口设置为输出并拉低（低电平）// 全局变量
uchar temp_h; // 存储温度整数部分（范围从 0 到 255）
uchar temp_l; // 存储温度小数部分（范围从 0 到 99）/********************************************************************** 函 数 名: Init_DS18B20* 功能描述: 初始化DS18B20传感器* 调用函数: delayus()* 全局变量: 无* 输 入: 无* 返 回: 无***********************************************************************/
void Init_DS18B20(void)
{unsigned char ucPresence = 1; // 用于检查DS18B20的存在信号while (ucPresence) // 如果没有收到应答信号则持续尝试{DQ_LOW();  // 将总线拉到低电平以初始化传感器delayus(200);  // 延时503us以确保传输稳定delayus(200);delayus(200);DQ_HIGH();  // 释放总线，等到上拉电阻将总线拉高delayus(90);  // 等待从机的应答信号if (DQ == 1)  // 如果没有接收到低电平应答信号ucPresence = 1;elseucPresence = 0;  // 接收到应答信号delayus(250);delayus(250);  // 额外等待一段时间以确保时序完整}
}/********************************************************************** 函 数 名: Read_One_Char* 功能描述: 读取DS18B20的一个字节* 调用函数: delayus()* 全局变量: 无* 输 入: 无* 返 回: unsigned char 读取到的字节***********************************************************************/
unsigned char Read_One_Char(void)
{unsigned char ucI, ucValue = 0;static bit bJ;for (ucI = 8; ucI > 0; ucI--)  // 循环读取8位数据{ucValue >>= 1;  // 将已读取的数据右移一位DQ_LOW();  // 拉低电平以开始数据读取delayus(5);  // 延时6us以确保信号有效DQ_HIGH();  // 拉高电平以释放总线delayus(3);  // 等待数据的稳定bJ = DQ;  // 读取当前数据位if (bJ) ucValue |= 0x80;  // 如果是高电平，将当前数据位置1delayus(80);  // 延时63us以确保一个完整的读周期}return ucValue;
}/********************************************************************** 函 数 名: Write_One_Char* 功能描述: 写一个字节至DS18B20* 调用函数: delayus()* 全局变量: 无* 输 入: unsigned char ucVal - 要写入的字节值* 返 回: 无***********************************************************************/
void Write_One_Char(unsigned char ucVal)
{unsigned char ucI, ucTemp;for (ucI = 8; ucI > 0; ucI--)  // 循环写入8位数据{ucTemp = ucVal & 0x01;  // 获取要写入字节的最低位DQ_LOW(); delayus(4);  // 拉低电平以标记写入时间隙if (ucTemp == 1)  DQ_HIGH();  // 如果是1，拉高电平delayus(75);  // 延时63us完成写入DQ_HIGH(); delayus(1);  // 等待总线恢复稳定ucVal >>= 1;  // 处理下一个数据位}
}/********************************************************************** 函 数 名: Read_Temperature* 功能描述: 读取DS18B20温度，并显示到数码管XXX.XX格式* 调用函数: Init_DS18B20(), Write_One_Char(), Read_One_Char(), highbyte(), send()* 全局变量: 无* 输 入: 无* 返 回: 无***********************************************************************/
void Read_Temperature(void)
{unsigned char ucA = 0, ucB = 0;  // 用于存储温度的临时变量unsigned int uiT = 0;DQ_HIGH();  // 准备开始通信Init_DS18B20();  // 初始化DS18B20Write_One_Char(0xCC);  // 跳过ROM命令Write_One_Char(0x44);  // 启动温度转换Init_DS18B20();  // 再次初始化以准备数据读取Write_One_Char(0xCC);  // 跳过ROM命令Write_One_Char(0xBE);  // 读取温度寄存器DQ_HIGH();ucA = Read_One_Char();  // 读取温度低字节ucB = Read_One_Char();  // 读取温度高字节uiT = ucB;  // 将高字节转移到整型变量中uiT <<= 8;uiT |= ucA;  // 将低字节加入到整型变量中// 计算整数部分和小数部分temp_h = (uiT >> 4); // 整数部分temp_l = (100 * (ucA & 0x0F)) >> 4; // 小数部分 (0-99 之间)
}

main.c

//***************************************************************************/
//*　 文件名：demo-DS18B20.c
//*　 文件描述：PIC16f887,20MHZ,单总线DS18B20温度传感器取样数字显示程序
//*	    此文件用于器件的驱动程序仿真
//*　 创建人：bianjingyuan  2024年11月4日
//*　 编译环境: Windows XP + MPLAB IDE 8.83 + Picc 9.60
//*　 版本号：1.0
//*　 修改记录：无
//***************************************************************************/
//　  硬件资源分配表：
//	  pic16f887工作频率 20MHZ  外部晶体振荡
//***************************************************************************/
//	  max7219的引脚定义如下：
// 		din  		RE0		//RE0-RE2为887引脚输出
// 		clk_1  		RE2=1
// 		clk_0  		RE2=0
// 		load_1  	RE1=1
//	 	load_0  	RE1=0
//***************************************************************************/
//	DS1820的空闲状态是高电平,如果总线停留在低电平超过480μs，所有器件都将被复位。
//	单线总线系统包括一个总线控制器和一个或多个从机。DS1820是从机。
//	单线总线需要一个约5KΩ的上拉电阻。DS1820间的任何通讯都需要以初始化序列开始
//***************************************************************************/
//	DS1820的引脚定义如下：
//	DQ		RD0		//定义通信端口
//***************************************************************************/#include 	"pic.h"					//包含单片机内部资源预定义// 数据类型定义
#define 	uchar 	unsigned char
#define 	uint  	unsigned int
#define 	ulong 	unsigned long
#define 	nop		asm("NOP")
#define 	sleep  	asm("sleep")
#define 	DQ		RD0				//定义DS1820通信端口// *************************以下声明本模块中所调用的函数类型 *****************/
// 发送一字节数据到MAX7219，指定地址和数据
extern void send(uchar address, uchar data);
// 初始化MAX7219器件
extern void Max7219_Init(void);
// 初始化DS18B20传感器
extern void Init_DS18B20(void);
// 从DS18B20读取一个字节的数据
extern uchar Read_One_Char(void);
// 向DS18B20写入一个字节的数据
extern void Write_One_Char(uchar data);
// 读取DS18B20传感器的温度
extern void Read_Temperature(void);
// 延时指定的微秒数，a为延时长度
void delayus(uchar a);
// 延时指定的毫秒数，a为延时长度
void delay_ms(uchar a);
// 延时约1秒钟
void delay_1s(void);
// 初始化系统参数和配置
void Initial_System(void);
// 设置I/O端口状态
void Set_Port_IO(void);extern uchar temp_h; // 存储整数部分
extern uchar temp_l; // 存储小数部分// ****************************887芯片配置位*************************************/
__CONFIG (0x20F2);			// 20MHZ外部晶振// *****************************定义全局变量***********************************/// ***************************主程序*******************************************/
void main()
{di();Initial_System();Set_Port_IO();Max7219_Init();
redo:Read_Temperature();send(0x01, 15);send(0x02, 15);send(0x03, (temp_h / 10));  // 显示第二位温度数据send(0x04, (temp_h % 10) + 128);  // 最后一位显示小数点send(0x05, temp_l / 10);  // 显示小数部分send(0x06, temp_l % 10);send(0x07, 15);send(0x08, 15);delay_1s();goto redo;
}/**************************以下为函数和子程序********************************/ 
//* 名称:   delayus(uchar a)	
//* 说明:   对应20M的工作频率,a取值1-250
//* 功能:   a大于0，延时约(a*0.8+2) us
//* 调用:   无
//* 输入:   无
//* 返回值: 无
//***************************************************************************/
void delayus(uchar a)
{uchar i;for(i = a; i > 0; i--){nop;}
}//***************************************************************************/
//* 名称:   delay_ms(uchar a)	
//* 说明:   对应8M的工作频率
//* 功能:   a延时约a ms,a取值范围从1-127
//* 调用:   无
//* 输入:   无
//* 返回值: 无
//***************************************************************************/
void delay_ms(uchar a)			
{uchar i;a = a << 1;while(a--)for(i = 142; i > 0; i--)		{ nop; nop; nop; nop; }
}//***************************************************************************/
//* 名称:   delay_1s()	
//* 说明:   对应20M的工作频率
//* 功能:   软件延时1s
//* 调用:   无
//* 输入:   无
//* 返回值: 无
//**************************************************************************/
void delay_1s(void)		// 延迟1S
{ulong d = 185300;	// 对应20M的工作频率while(--d);
}//***************************************************************************/
//* 名称:   initial_system()	
//* 说明:   887芯片初始化
//* 功能:   系统初始化子程序
//* 调用:   无
//* 输入:   无
//* 返回值: 无
//**************************************************************************/
void Initial_System(void)		
{OPTION = 0b01010000;	// 1us = TMROINTCON = 0b00000000;	// 开外围模块中断ANSEL = 0;			// 设定没有通道做AD，这样才能使用E口做显示驱动ANSELH = 0b00000000;	
}//***************************************************************************/
//* 名称:   set_port_io()	
//* 说明:   887芯片端口I/O定义
//* 功能:   端口I/O定义
//* 调用:   无
//* 输入:   无
//* 返回值: 无
//**************************************************************************/
void Set_Port_IO(void)		
{TRISA = 0;PORTA = 0;TRISD = 0;			PORTD = 0;TRISE = 0; 	// 显示驱动PORTE = 0;
}


4、代码解析

        该程序实现了对DS18B20温度传感器的驱动和数据读取。主要功能包括：

  1. 初始化DS18B20传感器，确保其处于可以通信的状态。
  2. 读取DS18B20传感器的温度数据，并将其转换为二进制格式。
  3. 将读取的温度数据进行处理，分解为整数部分和小数部分，并准备好显示。
  4. 提供写入功能，用于向DS18B20传感器发送命令。

        这些功能广泛应用于需要实时温度检测和采集的设备或系统中。


5、硬件资源分配表

序号引脚类别方向功能定义功能内容相关的寄存器及配置
1RD0数字IO双向DQDS18B20数据总线TRISD0配置
  1. 初始化DS18B20传感器，确保其能够进行温度检测。
  2. 启动温度转换并读取温度寄存器中的数据。
  3. 将读取的温度数据转换为可显示的格式（整数和小数部分）。
  4. 提供基础的写入和读取字节的功能，与DS18B20传感器进行命令和数据交互。

 

6、软件流程图


7、仿真运行结果

 

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