单片机之DS18B20（用proteus）

想用verilog驱动DS18B20。但是想到verilog调试比较困难，首先先用单片机来驱动看看。看看DS18B20是怎么驱动的。

用proteus搭建软件仿真环境，在proteus里面进行仿真。

这里搭建了三个DS18B20。因为DS18B20是可以在一根线上挂载多个的。这里就挂载了三个。不过只用到了前两个。

DS18B20介绍

首先介绍下DS18B20。这个网上介绍比较多，还比较详细，详情可自行百度。这里就简单介绍一下。

DS18B20是一个温度检测芯片，能检测周围环境温度。然后把温度值保存在两个8位寄存器中。

这里保存的值是以补码方式保存的。因为可以检测负温度。

这里是可以改变转换温度的分辨率的。由配置寄存器设置：

吧.png
可以知道，在不同的分辨率，转换时间是不一样的。

这里注意，由温度寄存器可知，只有11位数据，怎么有12位分辨率，那是因为包括了符号位，所以就是12位分辨率。即当正温度，温度寄存器的高寄存器的高5位为0，当负温度，温度寄存器的高寄存器的高5位全为1.

这里其他分辨率，指的是包括小数第几位。9位分辨率，包括小数后1位。芯片默认为是12位分辨率。即转换时间为75ms。

DS18B20内部有64位ROM单元和9字节的暂存器单元。

64位ROM存的是DS18B20的唯一的序列号。每个DS18B20有自己唯一的序列号，这样才能挂载多个DS18B20在一根总线上。

序列号的信息

高8位是CRC检验位。对后面的56位数据进行CRC检验后的8位值。使用检验式为

在本次试验中

第一个DS18B20器件的serial number为000000B8C530，系列码为28。那么CRC检验为8E。如下图：

这里要注意检验的数据按ROM单元地址从低到高检验的。所以这里CRC效验为8E。

整个8字节数据从高到低为：

8E_00_00_00_B8_C5_30_28.

效验的时候从低到高。

第二个DS18B20器件的serial number为000000B8C531，系列码为28。那么CRC检验为B9。

9字节的暂存器单元。

第一个字节保存的温度的低字节数据，第二个数据保存的温度的高字节数据。

第三个和第四个是用来警报用到，因为有时候需要当温度超过设定的范围的时候，能够进行报警。这个就是设置上限和下限的。

第五个就是配置寄存器，就是之前说的配置分辨率用的。

后面三个是固定的。最后一个是前8个字节的数据的CRC检验，没有什么用。

可以看到边上有三个单元的EEPROM单元。用来保存设定的温度上限和下限以及配置寄存器值。因为掉电后，暂存器单元数据会丢失，所以就可以将数据保存到EEPROM中，这样就掉电不丢失了。

其实说白了，对于这个芯片，主要就是读取暂存寄存器的前两个字节的值，因为这两个字节的值保存有温度信息。但是怎么能够读取这两个字节的值，就需要根据datasheet的时序规定来操作了。

因为是一根线，而且这根线又是双向口，所以要实现能读和能写，对时序要求就比较严格。在什么时间做什么事，就要做什么事。

对于操作DS13B20，顺序为：

比较简单吧。但是时序要求比较严格的。

初始化：

总线上的所有处理，均从初始化开始，即初始化之后，才是真正的对DS18B20进行读写操作。即在每一次操作之前，首先要初始化，然后才能发送数据和读取数据。

初始化包括，总线发送一复位脉冲，然后读取存在脉冲。

其时序：

首先单片机拉低总线，保持时间在480us到960us之间，然后释放总线，等待15-60us，读取总线数据，如果为0，表示接收到存在脉冲，即总线上有DS18B20器件。DS18B20器件给60-240us低电平后会释放总线。这里要注意，从单片机释放总线，要等待最少480us后，才能有后续操作。

代码为：

这里定义了一个bit变量ack，用来保存读取的响应信号值，为0的话，说明有响应，1表示没有响应。DQ就是指DS18B20的数据总线。

这里的延时，是通过软件仿真仿真出来的。

对于delay_20us(k) 总延时大致为10+(k-1)*10 us的时间。

这里，让总线为高电平，保持20us。然后拉低总线，延时610us，610us在规定的480us到960us之间，符合要求。然后释放总线，延时70us，超过等待最大响应的60us，读取总线上值，保存到ack中。然后一个while循环，等待总线拉高，即DS18B20释放总线。总线高后，延时510us，满足时序中规定单片机释放总线后，要至少等待480us。然后把读到的响应信号值返回。

以上就是复位和读取存在脉冲过程。这样就对DS18B20进行了初始化，然后就可以操作了。初始化之后，发送的第一个数据，是认为是rom操作命令的，这个某些总线的规则是一样的。

rom操作

一旦总线检测到存在脉冲，即有DS18B20挂在总线上后，然后就可以对器件ROM进行操作。这里对ROM操作，可认为是发命令。

总共有5个命令：

这个就是读8-bit ROM的值。ROM读取的值是从低字节开始读，然后读到高字节。括号里面的33，指发送字节33，就表示是读ROM。然后后面就可以依次读8字节数据。

这个就是寻址特定的DS18B20器件，因为每个DS18B20器件的序列号不一样，所以要操作特定的DS18B20，就需要首先匹配他的序列号，这样才可以操作。命令码为55.

允许主机不提供64位ROM编码，访问DS18B20。但是注意，这样只能是写数据才可以，读数据就不行了。因为会有冲突。

这个由于不知道DS18B20的序列号，所以就需要搜索一下，识别DS18B20器件的序列号是多少。

流程和搜索ROM流程一样。搜索是否温度测量在警告的情况下。

本次中，主要用到匹配rom和跳过rom。因为rom的值都是已知的，所以不需要搜索和读。本次也没有用到告警功能。

然后就开始数据的读写。

对于写

上面左是写0，右是写1.可以看出写0，是有时间限制的，为60us到120us。而写1是没有时间限制的。但是有最开始单片机要写总线0的最小1us时间限制，而且写0时间不能超过15us，然后就要释放总线。

以上都是写一位的时序，需要写多位的时候，重复即可。

以下是写的程序：

分析一下：

首先单片机对总线拉高，保持20us，然后拉低总线，保持两个_nop_();对于_nop_()这个函数，是一个空指令，但是还是要耗费一个指令周期，即1us。这里就相当于拉低后，延时2us。然后判断发送数据是0还是1，如果是0，那就继续发0。如果是发1，那么就发1。然后在延时80us，释放总线。这里80us是根据写0的时序决定的，因为写0规定时间在60us到120us内。这里选取80us。

这样就实现了一位数据的写。这里需要注意，DS18B20写数据是从低位开始发送的，然后在发高位的值。所以这里mask是从0x01然后向左移位的。

这里要注意if((mask & dat) == 0x00) 中间(mask & dat)是需要括号的。如果是

if(mask & dat== 0x00)的话，==的优先级是要高于&的。所以就变成了mask&(dat==0x00)，所以结果都是0。就造成了数据都是一直发1。这个是在硬件单步调试的时候发现的。所以推荐对于复杂的操作，要加括号，避免优先级的问题造成程序逻辑错误。

对于读

左边是读0，右边是读1。时序可以看出，在开始单片机要对总线写0，并保持至少1us时间。然后释放总线，在15us之前的时间读取总线值。读0操作，至少需要60us，而读1操作至少需要15us。

下面是程序：

分析一下：

首先单片机对总线写1，保持20us。然后开始依次读每一位，读的数据也是从低位开始读的，最后读的才是高位。单片机拉低总线，保持2us。然后释放总线，延迟4us。读取总线值，判断是0还是1，然后对temp值赋值。这里定义了一个temp变量用来存储读取的8位值。

这里要注意位操作。|1操作是将某一位置1，&0操作是将某一位置0.

最后在延时90us。为了满足读0的60u时间限制。

这里读取总线值是在9us左右读取总线值的。一个_nop_()需要1us，而一个DQ = 1大致为3us。所以这里大致为9us。满足15us的读值时间限制。

然后将读和写函数进行拼接，即可完成程序了。

第一个函数，开启转换：

先对总线进行复位和读取存在脉冲，当有存在脉冲响应后，发送命令0xcc，即不检测rom。直接对总线上所有DS18B20器件进行操作。然后才发命令0x44，表示开启转换。这样，总线上所有的DS18B20器件，开始转换温度。

DS18B20的命令集

从上图可以看出，有6个命令。其中44表示启动温度转换。DS18B20芯片对温度转换不是自己一直转换的，这和普通AD不一样，而是需要外部给命令，然后才转换的。而且给一次命令，只会一次转换，所以要不断的给命令，这样才能读取实时温度值。

最后返回响应信号的取反。这样就启动DS18B20的温度转换。然后就要读取温度值了。

第二个函数，读取温度值。

首先是复位和读取存在脉冲。每一次操作之前，都需要这个过程。然后发送命令55，即匹配ROM。因为总线上挂载有多个DS18B20，所以需要进行选择。然后发送的64位序列号。这里序列号是存在一个二维数组中.

这里用了一个二维数组。每一维存的是对应的DS18B20的序列号。如第一个serial_number[0]存放的就是总线上第一个DS18B20器件的序列号，即64bit rom的值。这里注意存放顺序是低字节在前，高字节数据在后。

然后就依次的把序列号数据发送。发送完毕后，会和总线上的一个DS18B20器件匹配，这个时候就相当于总线归选中的器件独占。然后发命令0xBE。从命令集中，可以看出，这个命令是读取暂存寄存器值的。

之前说过，暂存寄存器总共有9个。读取的时候是从低依次读到高，所以最开始读到的温度的低8位数据，然后读到的是温度的高8位数据。因为只需要知道温度，其他寄存器的值不关心，这里就没有读取了。

对读到的值lsb和msb进行下处理，放到16位变量temp中，并返回这个值。这样外部调用这个函数就直接可以得到温度的值。

将上述两个函数封装，得到整个读取温度值函数，这个函数就供外部使用。对于这个函数有一个输入的序列号，即要对那个器件操作。返回值是该器件读取的温度值。

上面中间有个延时1000ms。这个是不能省掉的。因为之前说过，转换是需要时间的，这里12位分辨率是需要750ms时间转换的，这里就延时了1000ms。等待转换结束。