蓝桥杯_DS18B20温度传感器---新手入门级别超级详细解析

目录

一、引言

DS18B20的原理图

单总线简介：

​编辑暂存器简介：

 DS18B20的温度转换与读取流程

二、代码配置

maic文件

疑问

关于不同格式化输出符号的使用  

为什么要rd_temperature()/16.0？

onewire.h文件

这个配置为什么要先读low，如果反过来读会怎么样？

---

一、引言

 DS18B20是单线接口数字温度传感器，测量范围是-55°C~+125°C,-10°C~+85°C的范围精度是±0.5°C，还是精度很高的呢。

DS18B20的原理图

外部结构长这样

符号	说明
GND	接地
DQ	数据输入/输出引脚。当工作在寄生电源模式时用来提供电源。
VDD	可选的VDD引脚。工作与寄生电源模式是VDD必须接地。

这是内部结构

 DS18B20包括很多东西，有寄生电源电路，64位ROM和单线接口电路、暂存器、EEPROM、8位CRC生成器和温度传感器。寄生电源电路可以实现外部电源供电和单线寄生供电，64位ROM中存放的48位序列号用于识别同一单线上连接的多个DS18B20，以实现多点测温。

单总线简介：

单总线是一种通用数据总线他只有一根通信线：DQ，单总线只需要一根通信线即可实现数据的双向传输。

单总线的具体时序：
初始化：

主机将总线拉低至少480us，然后释放总线，当DS18B20探测到I/O引脚上的上升沿侯，等待15~60us后，存在的从机会拉低总线60~240us以响应主机，之后从机将释放总线

发送一位数据：

主机将总线拉低60~120us，然后释放总线，表示发送0；主机将总线拉低1~15us，然后释放总线，表示发送1。从机将在总线拉低30us后（典型值）读取电平，整个时间片应大于60u

接收一位：

主机将总线拉低1~15us，然后释放总线，并在拉低后15us内读取总线电平（尽量贴近15us的末尾），读取为低电平则为接收0，读取为高电平则为接收1 ，整个时间片应大于60us

具体的单总线完整的操作时序如下：

温度变换：初始化→跳过ROM →开始温度变换：

温度读取：初始化→跳过ROM →读暂存器→连续的读操作

其中ROM命令如下：

暂存器简介：

其中的暂存器很重要，有九个字节，最上面的两个字节是温度低位和高位。如下图

在LSB,MSB中BIT15~BIT11是符号位，控制符号；BIT10~BIT4是整数位；BIT3~BIT0是小数位。

这是一些例子说明，前五位是符号位，5个都为0是正数，5个都为1是负数，其他的就按二进制，十六进制常规操作算。

 DS18B20的温度转换与读取流程

[1] 初始化总线
[2] 写入字节0xcc，跳过rom。
[3] 写入字节0x44，进行温度转换。
[4] 初始化总线
[5] 写入字节0xcc，跳过rom。
[6] 写入字节0xbe，读取高速暂存器。（将后面的high和low的值存放到这里面）
[7] 读取暂存器的第0字节，即温度数据的LSB（low）。
[8] 读取暂存器的第1字节，即温度数据的MSB（high）。
[9] 返回high＋low的值
————————————————

二、代码配置

maic文件

#include "bsp_seg.h"
#include "Timer0.h"
#include "bsp_key.h"
#include "STDIO.H"
#include <STC15F2K60S2.H>
#include "bsp_init.h"
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_1302.h"
#include "bsp_onewire.h"/* 函数声明 */
//三个主体循环，基本上不变
void	Key_Proc(void);//按键处理
void	Seg_Proc(void);//显示处理
void	Led_Proc(void);//LED处理/* 全局变量声明 */
//显示专用，基本上永远不变
unsigned char seg_buf[8];//放置字符串转换后的段码到数组
unsigned char seg_string[10];//放置字符串
unsigned char pos = 0;//中断显示专用
//LED显示专用，基本上永远不变
unsigned char ucLed;
//按键专用，基本上永远不变
unsigned char Key_Value;//读取按键的数值存储变量
unsigned char Key_Down,Key_Old;//按键和显示函数减速专用，基本上永远不变
unsigned int Key_Slow_Down;//按键减速
unsigned int Seg_Slow_Down;	//DS1302专用，当使用DS1302时，基本不变
unsigned char ucRtc[3] = {23,59,55};//设置RTC时间unsigned int ms_count;
unsigned char s_count;unsigned char Running_State;//记录运行状态void main()
{Cls_Peripheral();Timer0Init();		//1毫秒@12.000MHzEA = 1;Set_Rtc(ucRtc);//设置RTC时间，23-59-55while(1){Key_Proc();//按键处理Seg_Proc();//显示处理Led_Proc();}}/* Timer0 interrupt routine */
void tm0_isr() interrupt 1 
{if(++Key_Slow_Down == 10) Key_Slow_Down = 0;if(++Seg_Slow_Down == 10) Seg_Slow_Down = 0;	if(++ms_count == 1000) //记录·运行时间 {s_count++;ms_count = 0;}Seg_Disp(seg_buf,  pos);if(++pos ==8) pos = 0;Led_Disp(ucLed);//LED显示
}
/* Key_Proc */
void	Key_Proc(void)//按键处理，底层数据变更
{if(Key_Slow_Down) return;Key_Slow_Down = 1;Key_Value = Key_Read();//读取按键按下的编号Key_Down = Key_Value & (Key_Old ^ Key_Value);//^异或（0000^0101）= 0101   0101 & 0101 = 0101//如果按键发生了下降沿的变化，输出结果和本次按键数值相同//^异或（0101^0101）= 0000   0101 & 0000 = 0000//如果按键发生了下降沿的变化，输出结果和本次按键数值相同Key_Old = Key_Value;if(Key_Down)//如果捕捉到下降沿跳变{if(++Running_State == 3) Running_State = 0;//保证Running_State在0-2之间翻滚}}/* Seg_Proc */
//Seg_Proc，准备数码管要显示的内容，Seg_Tran把字符串转成数码管段码，存进seg_buf[]
void	Seg_Proc(void)//显示处理，显示信息生成
{if(Seg_Slow_Down) return;Seg_Slow_Down = 1;switch(Running_State){case 0://读取18B20的数值	//seg_string是一个字符数组，理解为“数码管要显示的文字内容”sprintf(seg_string, "----%04.2f",rd_temperature()/16.0);//这个代码的效果是当ucRtc是[23,59,55]，seg_string =“23-59-55”break;%d%2d%02d%2.2f%02.2fcase 1:Read_RTC(ucRtc);//读取1302内部	//seg_string是一个字符数组，理解为“数码管要显示的文字内容”sprintf(seg_string, "%02d-%02d-%02d",(unsigned int)ucRtc[0],(unsigned int)ucRtc[1],(unsigned int)ucRtc[2]);//这个代码的效果是当ucRtc是[23,59,55]，seg_string =“23-59-55”break;case 2:sprintf(seg_string, "-----%03d",(unsigned int)s_count);break;}//seg_buf是一个存储段码的数组。因为数码管不能直接显示“字符”，它要的是“段码”-告诉它点亮哪几段Seg_Tran(seg_string,  seg_buf);//Seg_Tran作用——把字符串seg_string转换成段码，放入数组seg_buf中}void	Led_Proc(void)
{switch(Running_State){case 0:ucLed = 0x03;//让L1,L2两个亮		0000 0011break;case 1:ucLed =0x0c;//让L3,L4两个亮		0000 1100break;case 2:ucLed =0x30;//让L5,L6两个亮		0011 0000break;}}
//温度，时钟，系统运行时

疑问

sprintf(seg_string, "----%04.2f",rd_temperature()/16.0);
 break;  在这个代码里有"----%04.2f"，为什么这里要这样写呢，引起我的思考

关于不同格式化输出符号的使用  

%d：输出一个十进制整数，无特别格式限制。
%2d：输出一个整数，占用至少2个字符宽度，右对齐。若数字不足2位，用空格补在左侧
%02d：输出一个整数，占用2 位宽度，不足的用 0 补左边。
%2.2f：整体宽度至少 2 位。小数点后保留2 位小数。整数部分和小数点也算在宽度里，但如果不够宽度会自动扩展。示例：printf("%2.2f", 3.1); → 输出：3.10。实际宽度超过 2 位（共 4 位），所以宽度不限制实际输出。
%02.2f：：整体至少 2 位宽（但不包含小数位数限制时会自动扩展）。小数点后保留 2 位。前面不足时补 0（但一般无效） 。
示例：printf("%02.2f", 3.1); → 输出：3.10
实际上宽度会扩展以容纳整个数字，0补位不会生效，因为 3.10 就已经超出了 2 的宽度

为什么要rd_temperature()/16.0？

假设温度传感器（比如DS18B20）的测量范围是 -55°C 到 +125°C，但它内部存储温度数据时，把温度值放大了16倍，相当于把温度的小数部分用整数来记录。

onewire.h文件

#include "bsp_onewire.h"
#include <STC15F2K60S2.H>void Delay_OneWire(unsigned int t)  //STC89C52RC
{t *=12;while(t--);
}void Write_DS18B20(unsigned char dat)
{unsigned char i;for(i=0;i<8;i++){DQ = 0;DQ = dat&0x01;Delay_OneWire(5);DQ = 1;dat >>= 1;}Delay_OneWire(5);
}unsigned char Read_DS18B20(void)
{unsigned char i;unsigned char dat;for(i=0;i<8;i++){DQ = 0;dat >>= 1;DQ = 1;if(DQ){dat |= 0x80;}	    Delay_OneWire(5);}return dat;
}bit init_ds18b20(void)
{bit initflag = 0;DQ = 1;Delay_OneWire(12);DQ = 0;Delay_OneWire(80);DQ = 1;Delay_OneWire(10); initflag = DQ;     Delay_OneWire(5);return initflag;
}//unsigned char check_1[7] = {0};
unsigned int rd_temperature(void)
{unsigned char low,high;init_ds18b20();Write_DS18B20(0xcc);//Ìø¹ýROMWrite_DS18B20(0x44);//ת»»Î¶Èinit_ds18b20();Write_DS18B20(0xcc);//Ìø¹ýROMWrite_DS18B20(0xbe);//¶ÁȡζÈlow = Read_DS18B20();high = Read_DS18B20();//¶ÁÈ¡¸ßλreturn (high<<8)|low;
}

unsigned int rd_temperature(void)
{
    unsigned char low,high;
    
    init_ds18b20();
    Write_DS18B20(0xcc);//跳过ROM
    Write_DS18B20(0x44);//转换温度

    init_ds18b20();
    Write_DS18B20(0xcc);//跳过ROM
    Write_DS18B20(0xbe);//读取温度

    low = Read_DS18B20();
    high = Read_DS18B20();//读取高位
    
    return (high<<8)|low;
}
 low = Read_DS18B20();
   high = Read_DS18B20();//读取高位

这个配置为什么要先读low，如果反过来读会怎么样？

因为ds18b20中，是先读低位再读高位，并且这里将high左移8位是为了正确对齐两个字节的二进制位，确保高字节占据16位整数的高8位，低字节占据低8位。这都是DS18B20数据格式的强制要求。如果反过来读，那得到的数据就是错误的。

这是我配置的效果，显示了环境的温度，如果想让温度变高，可以拿手指捏住温度传感器[黑色帽子一样的，在右上角]大家可以试试。