原创 基于51单片机的单总线

<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

 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。

<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" />

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。

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 != '\0')  //只要没有写到结束标志，就继续写