基于51单片机的单总线
单总线(1-Wire)是美国达拉斯半导体公司的一项专利技术。与目前广泛应用的其他串行数据通信方式不同，它采用单根信号线完成数据的双向传输，并同时通过该信号线为单总线器件提供电源，具有节省I/O引脚资源、结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等诸多优点。关于单总线技术及芯片的介绍，请参考有关资料。
51单片机一般并没有在硬件中集成这种新的接口，所以要用软件来进行模拟。
1 硬件设计
DS18B20是达拉斯公司生产的一线式数字温度传感器（9/12位），具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强等优点，特别适合于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号给单片机处理，因而可省去传统的信号放大、A/D转换等外围电路。测量温度范围为-55～+125℃，分辨率最大可达0.0625℃，在-1O～+85℃范围内，精度为±O.5℃。适合于恶劣环境的现场温度测量，工作电压范围为3～5.5V，使系统设计更灵活、方便，DS18B20开辟了温度传感器技术的新概念。
本例就是由AT89C51、DS18B20、1602LCD等组成数字温度装置，其电路如下图所示。
在桌面上双击图标
，打开ISIS 7 Professional窗口（本人使用的是v7.4 SP3中文版）。单击菜单命令“文件”→“新建设计”，选择DEFAULT模板，保存文件名为“1-W.DSN”。在器件选择按钮
中单击“P”按钮，或执行菜单命令“库”→“拾取元件／符号”，添加如下表所示的元件。
|
51单片机AT89C51 一片 |
晶体CRYSTAL 12MHz 一只 |
|
瓷片电容CAP 22pF 二只 |
电解电容CAP-ELEC 10uF 一只 |
|
电阻RES 10K 一只 |
排阻 RESPAC-8 10K 一只 |
|
电阻RES 4.7K 一只 |
温度传感器芯片 DS18B20 一片 |
|
1602液晶显示器 LM016L 一只 |
|
若用Proteus软件进行仿真，则上图中的晶体、U1的复位电路和U1的31脚可以不画，它们大都是默认的。
在ISIS原理图编辑窗口中放置元件，再单击工具箱中元件终端图标
，在对象选择器中单击POWER或GROUND放置电源或地。放置好元件后，布好线。左键双击各元件，设置相应元件参数，完成电路图的设计。
2 软件设计
由AT89C51、DS18B20、1602LCD等组成数字温度装置的流程如下图所示。
本例主要目的是如何用软件模拟单总线对DS18B20进行读、写操作，其详细的C51程序如下所示。
//DS18B20
#include<reg51.h> //包含单片机寄存器的头文件
#include<intrins.h> //包含_nop_()函数定义的头文件
unsigned char code digit[]={"0123456789 "}; //定义字符数组显示数字
unsigned char code Str[]={"Test by DS18B20"}; //说明显示的是温度
unsigned char code Error[]={"Error!Check!"}; //说明没有检测到DS18B20
unsigned char code Temp[]={"Temp:"}; //说明显示的是温度
unsigned char code Cent[]={"Cent"}; //温度单位
/*******************************
以下是对液晶模块的操作程序
********************************/
sbit RS="P2"^0; //寄存器选择位，将RS位定义为P2.0引脚
sbit RW="P2"^1; //读写选择位，将RW位定义为P2.1引脚
sbit E="P2"^2; //使能信号位，将E位定义为P2.2引脚
sbit BF="P0"^7; //忙碌标志位，，将BF位定义为P0.7引脚
/*************************************************
函数功能：延时1ms
(3j+2)*i=(3×33+2)×10=1010(微秒)，可以认为是1毫秒
***************************************************/
void delay1ms()
{
unsigned char i,j;
for(i=0;i<10;i++)
for(j=0;j<33;j++)
;
}
/***********************
函数功能：延时若干毫秒
入口参数：n
*************************/
void delaynms(unsigned char n)
{
unsigned char i;
for(i=0;i<n;i++)
delay1ms();
}
/*********************************************
函数功能：判断液晶模块的忙碌状态
返回值：result。result=1，忙碌;result=0，不忙
***********************************************/
bit BusyTest(void)
{
bit result;
RS=0; //根据规定，RS为低电平，RW为高电平时，可以读状态
RW=1;
E=1; //E=1，才允许读写
_nop_(); //空操作
_nop_();
_nop_();
_nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间
result=BF; //将忙碌标志电平赋给result
E=0; //将E恢复低电平
return result;
}
/***********************************************
函数功能：将模式设置指令或显示地址写入液晶模块
入口参数：dictate
*************************************************/
void WriteInstruction (unsigned char dictate)
{
while(BusyTest()==1); //如果忙就等待
RS=0; //根据规定，RS和R/W同时为低电平时，可以写入指令
RW=0;
E=0;
//写指令时，E为高脉冲，就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0"
_nop_();
_nop_(); //空操作两个机器周期，给硬件反应时间
P0=dictate; //将数据送入P0口，即写入指令或地址
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间
E=1; //E置高电平
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间
E=0; //当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令
}
/*********************************
函数功能：指定字符显示的实际地址
入口参数：x
************************************/
void WriteAddress(unsigned char x)
{
WriteInstruction(x|0x80); //显示位置的确定方法规定为"80H+地址码x"
}
/************************************************
函数功能：将数据(字符的标准ASCII码)写入液晶模块
入口参数：y(为字符常量)
*************************************************/
void WriteData(unsigned char y)
{
while(BusyTest()==1);
RS=1; //RS为高电平，RW为低电平时，可以写入数据
RW=0;
E=0;
//写指令时，E为高脉冲，就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0"
P0=y; //将数据送入P0口，即将数据写入液晶模块
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间
E=1; //E置高电平
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间
E=0; //当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令
}
/****************************************
函数功能：对LCD的显示模式进行初始化设置
*****************************************/
void LcdInitiate(void)
{
delaynms(15); //首次写指令时应给LCD一段较长的反应时间
WriteInstruction(0x38);
//显示模式设置：16×2显示，5×7点阵，8位数据接口
delaynms(5); //给硬件一点反应时间
WriteInstruction(0x38);
delaynms(5); //给硬件一点反应时间
WriteInstruction(0x38); //连续三次，确保初始化成功
delaynms(5); //给硬件一点反应时间
WriteInstruction(0x0c);
//显示模式设置：显示开，无光标，光标不闪烁
delaynms(5); //给硬件一点反应时间
WriteInstruction(0x06); //显示模式设置：光标右移，字符不移
delaynms(5); //给硬件一点反应时间
WriteInstruction(0x01); //清屏幕指令，将以前的显示内容清除
delaynms(5); //给硬件一点反应时间
}
/************************
以下是DS18B20的操作程序
************************/
sbit DQ="P1"^3;
unsigned char time; //设置全局变量，专门用于严格延时
/*****************************************************
函数功能：将DS18B20传感器初始化，读取应答信号
出口参数：flag
***************************************************/
bit Init_DS18B20(void)
{
bit flag;
//储存DS18B20是否存在的标志，flag=0，表示存在；flag=1，表示不存在
DQ = 1; //先将数据线拉高
for(time=0;time<2;time++) //略微延时约6微秒
;
DQ = 0; //再将数据线从高拉低，要求保持480~960us
for(time=0;time<200;time++) //略微延时约600微秒
; //以向DS18B20发出一持续480~960us的低电平复位脉冲
DQ = 1; //释放数据线（将数据线拉高）
for(time=0;time<10;time++)
;//延时约30us（释放总线后需等待15~60us让DS18B20输出存在脉冲）
flag=DQ; //让单片机检测是否输出了存在脉冲（DQ=0表示存在）
for(time=0;time<200;time++)
; //延时足够长时间，等待存在脉冲输出完毕
return (flag); //返回检测成功标志
}
/**************************************
函数功能：从DS18B20读取一个字节数据
出口参数：dat
***************************************/
unsigned char ReadOneChar(void)
{
unsigned char i="0";
unsigned char dat; //储存读出的一个字节数据
for (i=0;i<8;i++)
{
DQ =1; // 先将数据线拉高
_nop_(); //等待一个机器周期
DQ = 0;
//单片机从DS18B20读数据时,将数据线从高拉低即启动读时序
dat>>=1;
_nop_(); //等待一个机器周期
DQ = 1; //将数据线拉高,为单片机检测DS18B20的输出电平作准备
for(time=0;time<6;time++)
; //延时约6us，使主机在15us内采样
if(DQ==1)
dat|=0x80; //如果读到的数据是1，则将1存入dat
else
dat|=0x00; //如果读到的数据是0，则将0存入dat
for(time=0;time<5;time++)
; //延时3us,两个读时序之间必须有大于1us的恢复期
}
return(dat); //返回读出的十进制数据
}
/*************************************
函数功能：向DS18B20写入一个字节数据
入口参数：dat
***************************************/
WriteOneChar(unsigned char dat)
{
unsigned char i="0";
for (i=0; i<8; i++)
{
DQ =1; // 先将数据线拉高
_nop_(); //等待一个机器周期
DQ=0; //将数据线从高拉低时即启动写时序
DQ=dat&0x01; //利用与运算取出要写的某位二进制数据,
//并将其送到数据线上等待DS18B20采样
for(time=0;time<10;time++)
;//延时约30us，DS18B20在拉低后的约15~60us期间从数据线上采样
DQ=1; //释放数据线
for(time=0;time<1;time++)
; //延时3us,两个写时序间至少需要1us的恢复期
dat>>=1; //将dat中的各二进制位数据右移1位
}
for(time=0;time<4;time++)
; //稍作延时,给硬件一点反应时间
}
/***************************
以下是与温度有关的显示设置
***************************/
/********************************
函数功能：显示没有检测到DS18B20
*********************************/
void display_error(void)
{
unsigned char i;
WriteAddress(0x00); //写显示地址，将在第1行第1列开始显示
i = 0; //从第一个字符开始显示
while(Error[i] != '\0') //只要没有写到结束标志，就继续写
{
WriteData(Error[i]); //将字符常量写入LCD
i++; //指向下一个字符
delaynms(100); //延时较长时间，以看清关于显示的说明
}
while(1) //进入死循环，等待查明原因
;
}
/************************
函数功能：显示说明信息
*************************/
void display_explain(void)
{
unsigned char i;
WriteAddress(0x00); //写显示地址，将在第1行第1列开始显示
i = 0; //从第一个字符开始显示
while(Str[i] != '\0') //只要没有写到结束标志，就继续写
{
WriteData(Str[i]); //将字符常量写入LCD
i++; //指向下一个字符
delaynms(100); //延时较长时间，以看清关于显示的说明
}
}
/************************
函数功能：显示温度符号
*************************/
void display_symbol(void)
{
unsigned char i;
WriteAddress(0x40); //写显示地址，将在第2行第1列开始显示
i = 0; //从第一个字符开始显示
while(Temp[i] != '\0') //只要没有写到结束标志，就继续写
{
WriteData(Temp[i]); //将字符常量写入LCD
i++; //指向下一个字符
delaynms(50); //给硬件一点反应时间
}
}
/***************************
函数功能：显示温度的小数点
****************************/
void display_dot(void)
{
WriteAddress(0x49); //写显示地址，将在第2行第10列开始显示
WriteData('.'); //将小数点的字符常量写入LCD
delaynms(50); //给硬件一点反应时间
}
/*******************************
函数功能：显示温度的单位(Cent)
********************************/
void display_cent(void)
{
unsigned char i;
WriteAddress(0x4c); //写显示地址，将在第2行第13列开始显示
i = 0; //从第一个字符开始显示
while(Cent[i] != '\0') //只要没有写到结束标志，就继续写
{
WriteData(Cent[i]); //将字符常量写入LCD
i++; //指向下一个字符
delaynms(50); //给硬件一点反应时间
}
}
/*****************************
函数功能：显示温度的整数部分
入口参数：x
******************************/
void display_temp1(unsigned char x)
{
unsigned char j,k,l; //j,k,l分别储存温度的百位、十位和个位
j=x/100; //取百位
k=(x%100)/10; //取十位
l=x%10; //取个位
if(!j)
{ //百位为零
j=10;
if(!k) //同时十位也为零
k=10;
}
WriteAddress(0x46); //写显示地址,将在第2行第7列开始显示
if(F0)
WriteData(0x2d); //负号
else
WriteData(digit[j]); //将百位数字的字符常量写入LCD
WriteData(digit[k]); //将十位数字的字符常量写入LCD
WriteData(digit[l]); //将个位数字的字符常量写入LCD
delaynms(50); //给硬件一点反应时间
}
/*******************************
函数功能：显示温度的小数数部分
入口参数：x
*********************************/
void display_temp2(unsigned char x)
{
WriteAddress(0x4a); //写显示地址,将在第2行第11列开始显示
WriteData(digit[x]); //将小数部分的第一位数字字符常量写入LCD
delaynms(50); //给硬件一点反应时间
}
/**************************
函数功能：做好读温度的准备
***************************/
void ReadyReadTemp(void)
{
Init_DS18B20(); //将DS18B20初始化
WriteOneChar(0xCC); // 跳过读序号列号的操作
WriteOneChar(0x44); // 启动温度转换
for(time=0;time<100;time++)
; //温度转换需要一点时间
Init_DS18B20(); //将DS18B20初始化
WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作
WriteOneChar(0xBE); //读取温度寄存器,前两个分别是温度的低位和高位
}
/******************
函数功能：主函数
*******************/
void main(void)
{
unsigned char TL; //储存暂存器的温度低位
unsigned char TH; //储存暂存器的温度高位
unsigned char TN; //储存温度的整数部分
unsigned char TD; //储存温度的小数部分
LcdInitiate(); //将液晶初始化
delaynms(5); //给硬件一点反应时间
if(Init_DS18B20()==1)
display_error();
display_explain();
display_symbol(); //显示温度说明
display_dot(); //显示温度的小数点
display_cent(); //显示温度的单位
while(1) //不断检测并显示温度
{
ReadyReadTemp(); //读温度准备
TL=ReadOneChar(); //先读的是温度值低位
TH=ReadOneChar(); //接着读的是温度值高位
F0=0; //负温度标志
if(TH>127)
{ //负温度
CY=0;
TL=(~TL)+1;
if(CY)
TH=~TH+1;
else
TH=~TH;
F0=1;
}
TN=((TH<<4)|(TL>>4)); //整数部分
TD=TL&0x0f; //小数部分
display_temp1(TN); //显示温度的整数部分
display_temp2(TD); //显示温度的小数部分
delaynms(10);
}
}
打开Keil程序（本人使用的是Keil8.05中文版），执行菜单命令“工程”→“新建工程”创建“1-W”项目，并选择单片机型号为AT89C51。执行菜单命令“文件”→“新建”创建文件，输入C语言源程序，保存为“1-W.C”。在Project Workspace窗口中右击源代码组1，选择“添加文件到组‘源代码组 l’”将源程序“1-W.C”添加到项目中。
*博客内容为网友个人发布，仅代表博主个人观点，如有侵权请联系工作人员删除。
发布文章
