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發(fā)布日期:2022-10-09 點擊率:166
一、概述
DS18B20數(shù)字溫度傳感器提供9bit到12bit的攝氏溫度測量精度和一個用戶可編程的非易失性且具有過溫和低溫觸發(fā)報警的報警功能。DS18B20采用的1-Wire即單總線通信方式,即僅采用一個數(shù)據(jù)線與微控制器進行通信。該傳感器的溫度監(jiān)測范圍為-55℃至+125℃,并且在溫度超過-10℃至85℃之外時還具有+-0.5℃的精度。此外,DS18B20可以直接由數(shù)據(jù)線供電而不需要外部電源供電。(本篇文章重在以簡單例子講清楚該型傳感器最難的部分即工作時序,同時向大家分享例程及自己遇到的編程中的“坑”,幫助大家少走彎路盡快上手該型傳感器,而不追求功能上的盡善盡美,因此本文仿真只能實現(xiàn)正整數(shù)溫度值的顯示,對于小數(shù)則進行四舍五入后再顯示)
二、重要特性
獨特的1-wire總線接口僅需要一個管腳來通信每個設(shè)備的內(nèi)部ROM上都燒寫了一個獨一無二的64位序列號多路采集能力使得分布式溫度采集應(yīng)用更加簡單無需外圍元件能夠采用數(shù)據(jù)線供電;供電范圍為3.0V至5.5V溫度可測量范圍為-55℃至+125℃(-67℉至+257℉)溫度超過-10℃至85℃之外時還具有+-0.5℃的精度內(nèi)部溫度采集精度可由用戶自定義為9bit至12bit(上電默認12bit)溫度轉(zhuǎn)換時間在12bit時達到最大值750ms用戶自定義非易失性的報警設(shè)置
三、工作指令
溫度轉(zhuǎn)換指令:0x44(即44H),啟動Ds18b20啟動轉(zhuǎn)換溫度讀暫存器指令:0xBE(即BEH),讀取暫存器中的九字節(jié)數(shù)據(jù)寫暫存器置零:0x4E(即4EH),把數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH、TL賦值暫存器:0x48(即48H),把暫存器中的TH、TL寫入EEPROM中讀電源供電方式:0xB4(即B4H):啟動Ds18b20,發(fā)送電源供電方式重調(diào)EEPROM:0xB8(即B8H):把EEPROM中的TH、TL讀至?xí)捍嫫?br/>四·、通過單總線訪問DS18B20的順序
初始化ROM操作指令存儲器操作命令執(zhí)行/數(shù)據(jù)
五、工作時序
(一)初始化(復(fù)位操作)
在初始化序列期間,總線上的主設(shè)備通過拉低1-wire總線超過480us來發(fā)送(TX)復(fù)位脈沖。之后主設(shè)備釋放總線而進入接收模式(RX)。當(dāng)總線釋放后,5KΩ左右的上拉電阻將1-wire總線拉至高電平。當(dāng)DS18B20檢測到該上升沿后,其等待15us至60us后通過1-wire總線拉低60us至240us來是實現(xiàn)發(fā)送一個存在脈沖。
圖5.1? “復(fù)位”操作時序圖
根據(jù)上述描述及時序圖,可以寫出“復(fù)位”操作的子函數(shù):
(二)控制器的“寫”操作(先寫低位后寫高位)
“寫”時段有兩種情況:寫“1”時段和寫“0”時段。控制器通過寫1時段來向DS18B20中寫入邏輯1以及通過寫0時段來向DS18B20中寫入邏輯0。每個寫時段最小必須有60us的持續(xù)時間且堵路的寫時段之間至少要有1us的恢復(fù)時間。兩個寫時段都是由控制器通過將1-wire中先拉低來進行初始化(詳見圖5.2)。
為了形成寫1時段,在將1-wire總線拉低后,主設(shè)備必須在15us之內(nèi)釋放總線。當(dāng)總線釋放后,5KΩ的上拉電阻將總線拉高;為了形成寫0時段,在將1-wire總線拉低后,在整個時段期間控制器必須一直拉低總線(至少60us)。
在控制器初始化寫時段后,DS18B20將會在15us至60us的時間窗口對1-wire總線進行采樣。如果總線在采樣窗口期間是高電平,則邏輯1被寫入DS18B20;若總線是低電平,則邏輯0被寫入DS18B20。
圖5.2 “寫”操作時序圖
根據(jù)上述描述及時序圖,可以寫出“寫”操作的子函數(shù):
(三)控制器的“讀”操作(先讀低位后讀高位)
僅在讀時段期間DS18B20才能向主設(shè)備傳動數(shù)據(jù)。因此,主設(shè)備在執(zhí)行完讀暫存寄存器[BEh]或讀取供電模式[B4h]后,必須及時的生成讀時段,這樣DS18B20才能提供所需的數(shù)據(jù)。此外,主設(shè)備可以在執(zhí)行完溫度轉(zhuǎn)換[44h]或拷貝EEPROM[B8h]命令后生成讀時段,以便獲得在“DS18B20功能命令”章節(jié)中提到的操作信息。
每個讀時段最小必須有60us的持續(xù)時間且獨立的寫時段之間至少間隔1us。讀時段通過控制器將總線拉低超過1us再釋放總線來實現(xiàn)初始化(詳見圖5.3)。當(dāng)控制器初始化完讀時段后,DS18B20將會向總線發(fā)送0或1。DS18B20將通過拉高總線發(fā)送邏輯1,拉低總線發(fā)送邏輯0.發(fā)送完邏輯0后,DS18B20將會釋放總線,在通過上拉電阻將該總線拉至高電平的閑置狀態(tài)。從DS18B20中輸出的數(shù)據(jù)在初始化讀時序后僅有15us的有效時間。因此??刂破髟匍_始改讀時段后的15us之內(nèi)必須釋放總線,并且對總線進行采樣。
圖5.3 “讀”操作時序圖
根據(jù)上述描述及時序圖,可以寫出“讀”操作的子函數(shù)
六、注意事項(我踩過的坑)
1. 關(guān)于延時問題
DS18B20最大的優(yōu)勢之一就是單總線通信,我們通過一根數(shù)據(jù)線就可以完成諸多操作,但作為代價的是,DS18B20的工作時序十分復(fù)雜,因此對定時精度要求極高。平時大家操作定時精度要求不高的傳感器可能會養(yǎng)成一個習(xí)慣,比如我們已經(jīng)有了一個1ms且0誤差的延時函數(shù),當(dāng)我們遇到一個20ms的延時需求時,可能會通過for/while循環(huán)將延時為1ms的延時函數(shù)執(zhí)行20次。實際上,這樣的方式所達到的延時時間的遠大于20ms的,但對于定時精度要求不高的傳感器,毫秒級的誤差不會帶來影響,但對于該傳感器則不可。所以,在這款傳感器的操作中,即使已經(jīng)有一個10us的延時函數(shù)而需要一個20us的延時時,也要重新寫一個20us的延時函數(shù),不可將10us的延時函數(shù)循環(huán)執(zhí)行兩次。
2. 關(guān)于總時序問題
該傳感器中的所有操作都要遵循“初始化-ROM命令-DS18B20功能命令”的總時序。比如,測量溫度的操作要先后經(jīng)過“初始化-跳過ROM命令-轉(zhuǎn)換溫度命令”與“初始化-跳過ROM命令-讀取溫度命令”這兩大步。常犯的錯誤為“初始化-跳過ROM命令-轉(zhuǎn)換溫度命令-讀取溫度命令”,也就是說認為初始化與ROM命令在操作傳感器的最初執(zhí)行一次即可,這種想法是錯誤的。
3. 關(guān)于編程細節(jié)
在自己編程的過程中,遭遇了一個細節(jié)性的bug,即將命令值com與掩碼mask相與是否為0作為進入if語句內(nèi)部的判斷條件的過程中,判斷條件是這么寫的if(com&mask==0),而實際應(yīng)該寫為if((com&mask)==0),即com&mask需要用括號括起來作為一個整體,否則會出錯。
七、完整例程(例程均為自己編寫且驗證成功)
八、Proteus仿真圖
圖8.1 仿真圖
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左肩理想右肩擔(dān)當(dāng),君子不怨永遠不會停下腳步!
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紅外發(fā)射管_紅外線發(fā)射接收的場景應(yīng)用廣泛
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2021-10-14 18:43:03
proteus仿真錯誤
最后就是編寫的程序有問題或者時間格式設(shè)置錯誤等也會造成proteus仿真錯誤。
2021-10-04 13:16:00
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發(fā)燒友 2021-10-22 12:36:18
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老鷹2016 2021-10-15 09:39:15
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基于單片機的紅外感應(yīng)照明,當(dāng)感應(yīng)到人經(jīng)過時燈會亮起30秒后自動關(guān)閉
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微波雷達感應(yīng)開關(guān)和紅外線感應(yīng)開關(guān)差異對比
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熱釋電紅外感應(yīng)開關(guān)的優(yōu)缺點 淺談熱釋電紅外感應(yīng)開關(guān)的特點
人體都有恒定的體溫,一般在37度,所以會發(fā)出特定波長10UM左右的紅外線,被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10UM左右的紅外線而進行工作的。
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教你10元打造一個人體紅外感應(yīng)小夜燈
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2015-11-30 10:21:17
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Proteus傳感器+氣體濃度檢測的報警方式控制仿真
文章目錄
Proteus傳感器+氣體濃度檢測的報警方式控制仿真1 實驗意義理解2 主要實驗器件3 實驗參考電路4 實驗中的問題思考4.1 實現(xiàn)轉(zhuǎn)動的風(fēng)扇4.2 控制部分
5 實驗參考代碼
1 實驗意義理解
基于前兩個實驗,我們已經(jīng)成功的實現(xiàn):
對傳感器的數(shù)據(jù)進行采樣、轉(zhuǎn)換擬合采樣值對擬合的數(shù)據(jù)在HDGF-1顯示屏上顯示
似乎,該得到的數(shù)據(jù)已經(jīng)拿到了,還能干啥?
是的,我們還能利用數(shù)據(jù)干一些東西,比如說當(dāng)這個氣體濃度超范圍的時候我們怎么去控制解決。
那么就引出了這個實驗,怎么控制解決?
其實,我們在平時生活中見到過很多,當(dāng)氣體濃度超過一定范圍:
報警
開警報燈蜂鳴器出警報聲音 疏通
開啟風(fēng)扇通風(fēng)…… ……
如上,我們這次實驗就是采取了前三個小點的方式來控制解決。
此外,我們還要優(yōu)化LCD顯示,就是在屏幕上顯示轉(zhuǎn)動的風(fēng)扇。
2 主要實驗器件
CPU處理器
AT89C52
LCD顯示
HDGF-1
AD轉(zhuǎn)換器
ADC0834
傳感器
溫濕度:SHT10光傳感器:TORCH_LDR瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳎篖DR一氧化碳濃度傳感器:LDR氣壓傳感器:MPX4115
控制相關(guān)
報警燈:RGBLED-CC蜂鳴器:SOUNDER通風(fēng)控制:FAN
3 實驗參考電路
未運行時
運行時
說明
有蜂鳴器聲音顯示中第一行的channel后面的字母會根據(jù)當(dāng)前正在采樣轉(zhuǎn)換的通道不同而改變所有數(shù)據(jù)僅為轉(zhuǎn)換后顯示,并未存儲下來,若要存儲顯示,只需要開幾個全局變量保存一下即可
4 實驗中的問題思考
4.1 實現(xiàn)轉(zhuǎn)動的風(fēng)扇
要實現(xiàn)這個功能,我們只要知道兩個關(guān)鍵點就好了:
HDGF-1液晶顯示如果你不對一個像素覆蓋寫入值,則會保持顯示上次寫入的值任何動態(tài)效果實質(zhì)上是由一個個靜態(tài)圖畫“快速”播放而成的
因此,實現(xiàn)這個就很容易了:
找到幾個不一樣(轉(zhuǎn)動角度不一樣)的靜態(tài)風(fēng)扇圖(最好大小一樣,這樣方便寫入,完全覆蓋)對這幾個靜態(tài)風(fēng)扇圖取模調(diào)用HDGF-1繪制圖片函數(shù)將一個靜態(tài)圖寫入讓處理器去干別的事情,比如:執(zhí)行幾句其他的語句,或者直接延時等待調(diào)用HDGF-1繪制圖片函數(shù)寫入另一個靜態(tài)圖……
那么,中間為什么會有“讓處理器去干別的事情,比如:執(zhí)行幾句其他的語句,或者直接延時等待”這一點呢?
其實這是一個控制模擬風(fēng)扇轉(zhuǎn)動速度的。你想想如果快速切換兩張圖片,你眼睛還沒視覺殘留呢,就沒了,估計會閃瞎狗眼……所以,選擇一個合適的切換時間間隔也是挺重要的……
第二個,這個靜態(tài)圖畫至少兩幅,這個大家應(yīng)該很好理解,如果一幅的話,沒有變化,換來換去不就那個玩意兒嗎……
4.2 控制部分
首先,我們來看一下控制部分的原理圖:
下面,我們分別說一下各個部分。
報警燈
這個RGBLED-CC要想讓它工作,首先就是K端給個低電平。
RGB端,輸入1為亮,0為不亮。
然后,在這個實驗中,其實我們只需要用到紅和綠兩種顏色,所以直接給B端接地,然后R和G端分別綁定到處理器的引腳上。
運行中判斷,如果達到危險值或者恢復(fù)至安全值,則處理器重置相應(yīng)的引腳值。
蜂鳴器
主要是SOUNDER元件,一端加電壓,另一端需要給脈沖信號。
這個脈沖信號很重要,一開始,本菜狗就對這個輸入的脈沖信號沒有設(shè)置(默認頻率很?。?,因此都聽不出來發(fā)聲了……
后來雙擊輸入的SW1(A),調(diào)整了一下參數(shù),然后就聽到了,可參考下圖是我調(diào)整的:
當(dāng)然這里拓展一下,怎么讓它放音樂呢??
這里有兩段經(jīng)歷讓我對這個有了進一步的認識:
大二學(xué)校暑假實習(xí)的時候,做電子鐘,當(dāng)時用verilog寫的,那個如果要讓蜂鳴器放出來的不僅僅是那種很難聽的一直尖叫,而是播放音樂啊啥的,需要給不同的頻率
大三上微機原理課設(shè),使用筆記本內(nèi)置的芯片,做了一個基于x86的時鐘(用的匯編語言寫的)。其中,鬧鐘功能,鈴聲我想換成音樂怎么辦?
找到音樂的譜子和對應(yīng)的音符頻率,相對延時分別將頻率和延時寫成“表”,依次延時輸出
這里,再次拓展一下,如果你想聽快速版的音樂怎么辦?想要聽降調(diào),升調(diào)的版本怎么辦?
頻率:控制音調(diào)延時:控制速度
然后,再說一下,怎么控制這個聲音的開關(guān)?
這里使用的是DSWITCH元件,可以把它看成一個三態(tài)門:
BP端置為1,接收SW1(A)的輸入BP端置為0,高阻態(tài),不發(fā)聲
避風(fēng)控制
這個模塊主要是由FAN+繼電器PCJ-112D3MH來實現(xiàn)的,這個我在IC網(wǎng)上也沒找到它的DATASHEET,所以,就照著老師的原理圖畫了之后個人理解了一下。
首先,怎么控制它的開關(guān)?
我們可以看到它左邊連接了一個NPN型的三極管,主要使用也就是
FAN置為1,打開電風(fēng)扇FAN置為0,打開電風(fēng)扇
至于,關(guān)于這個型號的三極管的具體功能,還有與PNP類型的三極管有啥區(qū)別?
我就上網(wǎng)搜了一下問答,可以參考:NPN與PNP三極管的詳解與區(qū)別
或許……大家按照上面的寫完代碼之后發(fā)現(xiàn)……為啥我明明程序給它關(guān)了,這個仿真的風(fēng)扇還在轉(zhuǎn)著?!
是我輸入的時長不夠嗎?!FAN=0,FAN=0,FAN=0,FAN=0,……nm(不能爆粗口)還是不對……
實質(zhì)上吧,這個風(fēng)扇的實際停止是根據(jù)它下面的顯示方框中的數(shù)字來決定的。
當(dāng)風(fēng)扇開啟的時候,這個數(shù)字會增長;當(dāng)風(fēng)扇關(guān)閉的時候,這個數(shù)字會下降;
當(dāng)為0.00的時候,自己就會停止。
當(dāng)然,不立即停止也是符合現(xiàn)實生活中的情形的,我認為這主要是因為繼電器的問題,這個了解了一下是用來用弱電控制強電的(如果有興趣的話,大家可以自行去了解)……
當(dāng)然,這個風(fēng)扇的具體參數(shù)可以雙擊這個元件之后進去修改。
5 實驗參考代碼
下面給出參考代碼,這里的控制標準是:
CH4濃度
其中,HDGF-1部分的程序是參考:使用Proteus模擬操作HDGF-1液晶屏
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高標準高精度投入式液位監(jiān)測傳感器
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