CN102929717B - 一种实现ds18b20读写时序的方法 - Google Patents
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Abstract
一种实现DS18B20读写时序的方法本发明涉及电子技术应用领域，尤其涉及用单片机驱动DS18B20时，公开一种采用定时中断实现DS18B20读写时序的方法。将DS18B20读写时序所要求的时间片，及DS18B20处于温度转换期间的延时等待全部放在定时中断服务程序中，并将中断的优先级设置为高优先级，以严格保证DS18B20的时序要求。这种方法，既避免了在C语言中插入汇编的复杂编程过程，又避免了采用软件延时实现DS18B20时序而带来的占用单片机资源、程序效率低下的事实。另外，在程序中使用其他的中断源，不会对DS18B20的读写造成影响。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术应用领域，尤其涉及用单片机驱动DS18B20时，一种实现DS18B20读写时序的方法。
背景技术
DS18B20是MAXIM公司生产的一种分辨率可编程的单总线（1-Wire）数字温度计。DS18B20在工农业生产、日常生活等需要测量温度的场合有着广泛的应用。
1-Wire总线系统主控制器控制一个或多个从器件。DS18B20在单总线系统中总是从器件，主控制器一般为单片机。一般情况下，访问DS18B20的操作顺序为：首先进行初始化；然后是ROM操作命令；接着是DS18B20功能命令。在初始化、ROM命令、功能命令中涉及的主要时序有：主控制器发出的复位脉冲、DS18B20发出的存在脉冲，如图1所示。主控制器写“0”时序、主控制器写“1”时序、主控制器读“1”时序、主控制器读“0”时序，如图2所示。
另外，DS18B20在9位、10位、11位、12位分辨率下的最长转换时间分别为93.75毫秒、187.5毫秒、375毫秒、750毫秒。如果采用外部电源供电，当主控制器发出温度转换指令44H后，跟着发出读时序，如果DS18B20处在转换中，则在总线上返回0，如果温度转换结束，在总线上返回1。可是，如果采用寄生供电模式，就不能通过主控制器发出读时序来确定DS18B20对温度转换是否完成，只能通过延时所配置分辨率对应的最长转换时间后，再去读温度转换结果。
综上所述，当采用单片机作为主控制器对DS18B20进行读写操作时，必须要严格按照DS18B20的读写时序进行操作，才能获得正确的温度转换结果。一般的做法是采用软件延时的方法来获得对DS18B20操作的各种时序及读取温度转换结果，由于DS18B20对时序要求比较严格，如初始化操作，主控制器拉低总线至少480微秒后释放总线至高电平，DS18B20检测到上升沿后，等待15微秒~60微秒，然后DS18B20发出60微秒~240微秒低电平信号构成存在脉冲。如果等待时间不够或等待时间过长，都将导致接收不到DS18B20正确的存在脉冲，从而可能使温度转换不能完成，可能也就得不到正确的温度值。所以，在采用软件延时方法进行程序设计时，一般采用汇编语言编写，以其获得较为精确的延时时间。可是，一方面现在绝大多数人都在使用C语言进行单片机编程，在C语言中插入汇编，使得编程变得复杂起来，掌握起来不太容易。另一方面采用软件延时的方法会导致单片机程序效率低下，使单片机经常处于无谓的延时等待中，浪费了单片机宝贵的资源。再有，如果程序中使用了中断，由于中断是随机发生的，经常出现中断发生在对DS18B20操作的时序中，从而破坏了原本正常的操作时序，导致对DS18B20的读写失败。如果在使用中断的程序中，在对DS18B20操作前禁止中断，完成操作后再开放中断，又会导致在此期间中断得不到及时响应，这在某些应用中是不允许的。
发明内容
本发明解决了上述对DS18B20读写时存在的问题，公开一种采用定时中断实现DS18B20读写时序的方法。
为了解决上述对DS18B20读写时存在的问题，将DS18B20读写时序所要求的时间片，及DS18B20处于温度转换期间的延时等待全部放在定时中断服务程序中，并将中断的优先级设置为高优先级，以严格保证DS18B20的时序要求。这种方法，既避免了在C语言中插入汇编的复杂编程过程，又避免了采用软件延时实现DS18B20时序而带来的占用单片机资源、程序效率低下的事实，再有，在程序中使用其他的中断源，不会对DS18B20的读写造成影响。
本发明的主要特点在于，在主控制器单片机的初始化程序中，选择并开放一个定时器中断，定时器初值根据实际控制系统可以设置为5毫秒左右，作为系统外设上电延时时间；设置四个变量并初始化为0值，一个作为时间片计数器、一个作为一个时间片或几个时间片循环次数计数器、一个作为命令字计数器、一个作为中断次数计数器。
进一步的，本发明的主要特点在于，在定时中断服务程序中，调整时间片计数器的值，把对DS18B20的操作所涉及的所有时序中大于15微秒的时间片序列化，并与时间片计数器的值一一对应。
进一步的，本发明的主要特点在于，在定时中断服务程序中，把对DS18B20的操作所涉及的所有时序中要求大于1微秒而小于无限长的时间片，直接在中断程序里用1微秒至2微秒左右的指令延时实现。并对指令延时的前、后相应的设置1-Wire的高或低电平。
进一步的，本发明的主要特点在于，在定时中断服务程序中，根据时间片计数器的值，重新对计数器设置不同的计数初值，该计数初值满足再次进入定时中断服务程序时，跨过的时间间隔等于该时间片计数器值所对应的DS18B20所要求的时间片时间。并根据时间片计数器的值，相应的设置1-Wire的高或低电平。
进一步的，本发明的主要特点在于，在定时中断服务程序中，根据时间片计数器的值，调整循环次数计数器的值，以便在发送命令或接收数据中，满足相应的发送或接收时序，完整并正确的发送8位命令或接收8位数据。
进一步的，本发明的主要特点在于，在定时中断服务程序中，根据时间片计数器的值和循环计数器的值，调整命令字计数器的值，以便根据程序要求将相应的ROM命令或功能命令发送出去以及将温度转换结果的高8位或低8位接收进来。
进一步的，本发明的主要特点在于，在定时中断服务程序中，根据时间片计数器的值和命令字计数器的值，设置定时器计数初值、判断并调整中断次数计数器的值，使其达到较长时间的延时，如750毫秒，用以确保DS18B20温度转换完成。
本发明所述方法，仅需要通过调整定时器初值，就能精确满足对DS18B20的操作时序要求，降低了对DS18B20的调试难度，使DS18B20的使用变得简单、容易。更为关键的是这种方法便于更合理的安排系统程序结构，不必考虑系统程序结构对DS18B20操作时序的影响，大大的提高了程序的工作效率。
附图说明
图1是DS18B20初始化时序图；
图2是DS18B20读/写时序图；
图3是主控制器单片机的定时中断服务程序流程图；
图4是图3主控制器单片机的定时中断服务程序流程图的续图。
具体实施方式
下面给出本发明的一个实施例，并结合附图对本发明进行详细介绍。
在本发明的一个实施例中，采用STC12C5A60S2单片机作为主控制器件，外部只接一个DS18B20数字温度计。DS18B20的DQ脚接在STC12C5A60S2的P1.0脚，上拉电阻为1K，采用寄生电源供电，即把DS18B20的VDD和GND连在一起接到单片机STC12C5A60S2的GND端。采用4位数码管通过定时中断1进行动态扫描方式显示转换温度值。实现DS18B20读写时序的操作在定时中断0中完成。
在单片机初始化程序中，初始化相关的变量，开放所使用的各种中断源。在主程序循环中，根据定时中断0中DS18B20温度转换结束标志，将温度转换结果进行处理，然后送显示缓冲区，再在定时中断1中进行动态显示。
上电复位后，第一次进入定时中断0时，时间片计数器、命令字计数器、循环次数计数器、中断次数计数器都为0值。定时中断0的流程图见图3和图4。每次进入定时中断0所执行的程序及操作步骤如下。
1、当时间片计数器为0时，置P1.0（即DS18B20的DQ，下同）为0，设置定时时间常数，使之下次进入该中断的时间为480微秒，对时间片计数器加1，定时中断0返回。
2、480微秒后第二次进入定时中断0时，时间片计数器值为1，将P1.0置1，准备接受DS18B20返回的存在脉冲，此时，DS18B20时序要求等待15微秒至60微秒后，DS18B20如果存在，则拉低P1.0，拉低时间为60微秒至240微秒，如图1所示。所以，这里重新设置时间常数，使之下次进入该中断的时间为60微秒，并对时间片计数器加1，定时中断0返回。
3、60微秒后，再次进入定时中断0，此时，时间片计数器值为2，读P1.0的状态送入事先定义的标志位，为0则DS18B20存在，否则，不存在或损坏。再次重置时间常数为480微秒后进入中断，时间片计数器加1，定时中断0返回。
4、再次进入定时中断0时，时间片计数器值为3，判断命令字计数器的值，此时，应为0，则给准备写出命令的变量W_DATA赋值0xCC，即跳过ROM命令，重置时间常数2微秒后进入中断，时间片计数器置4，中断返回。
5、再次进入定时中断0时，时间片计数器值为4，置P1.0为0，写时序开始，通过指令延时1微秒，送出1位数据，重置时间常数60微秒后进入中断，循环计数器加1，判断循环计数器是否为7，即是否写完8位一个字节，是，则循环计数器清0，命令字计数器加1，数据片计数器赋3，中断返回；否，时间片计数器赋值6，准备拉高P1.0，其他变量不做调整，中断返回。
6、再次进入定时中断0时，时间片计数器值为6，置P1.0为1，重置时间常数2微秒后进入中断，时间片计数器赋值4，中断返回。
7、再次进入定时中断0时，时间片计数器值为4，重复上面5、6这两个步骤，直到循环计数器为7，写完8位一个字节的指令，循环计数器清0，命令字计数器加1，数据片计数器赋值3，中断返回。
8、再次进入定时中断0时，时间片计数器值为3，判断命令字计数器的值，此时，应为1，则给准备写出命令的变量W_DATA赋值0x44，即温度转换命令，重置时间常数2微秒后进入中断，时间片计数器置4，中断返回。
9、接下来的几次进入定时中断0，重复上面5、6、7三个步骤，将温度转换命令送出。
10、再次进入定时中断0时，时间片计数器值为3，判断命令字计数器的值，此时，应为2，置P1.0为1，给寄生供电的DS18B20提高上拉，并保持此高电平直到温度转换结束。故，第一次进入该步骤时，给中断次数计数器赋值150，重置时间常数为5毫秒，中断返回。由于时间片计数器和命令字计数器均没有调整，下次进入中断时，还是进入该步骤，此时，每进入一次，中断次数计数器减1，判断中断次数计数器。不为0，则重置时间常数为5毫秒，中断返回；为0，时间片计数器赋值0，命令字计数器加1，中断返回。这样，在该步骤一共中断150次，时间过去750毫秒，DS18B20完成了温度转换。
11、再次进入定时中断0时，时间片计数器值为3，判断命令字计数器的值，此时，应为3，给准备写出命令的变量W_DATA赋值0xCC，即跳过ROM命令，重置时间常数2微秒后进入中断，时间片计数器置4，中断返回。
12、重复5、6、7三个步骤，将跳过ROM命令送出。
13、再次进入定时中断0时，时间片计数器值为3，判断命令字计数器的值，此时，应为4，给准备写出命令的变量W_DATA赋值0xBE，即读暂存器命令，重置时间常数2微秒后进入中断，时间片计数器置4，中断返回。
14、重复5、6、7三个步骤，将读暂存器命令送出。
15、再次进入定时中断0时，时间片计数器值为3，判断命令字计数器的值，此时，应为5，准备读取温度转换值的低8位，保存数据的变量R_DATA先清0，重置时间常数2微秒后进入中断，时间片计数器置5，中断返回。
16、再次进入定时中断0时，时间片计数器值为5，置P1.0为0，指令延时1微秒，置P1.0为1，读出1位数据，重置时间常数为60微秒后进入中断，循环次数计数器加1。判断循环次数计数器的值，不为7，中断返回；为7，说明已经接收完8位数据，则循环计数器赋值0，命令字计数器加1，时间片计数器赋值3，中断返回。
17、再次进入定时中断0时，时间片计数器值为3，判断命令字计数器的值，此时，应为6，将上步读出的数据送温度转换值变量TPL，准备读取温度转换值的高8位，再将保存数据的变量R_DATA先清0，重置时间常数2微秒后进入中断，时间片计数器置5，中断返回。
18、重复步骤16，直到温度转换值高8位接收完毕。
19、再次进入定时中断0时，时间片计数器值为3，判断命令字计数器的值，此时，应为7，将上步读出的数据送温度转换值变量TPH，设置转换结束标志为1，将时间片计数器、命令字计数器、循环次数计数器、中断次数计数器等全部清0，中断返回。
定时中断0服务程序，就在上述19个步骤里周而复始的执行，完成了包括温度转换期间提供上拉及等待温度转换结束时间750毫秒在内的所有读写DS18B20的时序。
本发明所述方法，同样适用于单片机跨接多个DS18B20的多点温度转换的场合。
Claims (1)
1.一种实现DS18B20读写时序的方法，在主控制器的程序中，有四个初始化为0值的变量，分别是时间片计数器、循环次数计数器、命令字计数器和中断次数计数器，通过主控制器定时中断服务程序，调整时间片计数器、循环次数计数器、命令字计数器及中断次数计数器的值，实现发送DS18B20的复位脉冲、接收DS18B20的存在脉冲、对DS18B20的写1时序、写0时序、读1时序、读0时序、DS18B20寄生供电的上拉操作及DS18B20温度转换结束的时间等待，其特征在于：实现DS18B20读写时序的定时中断的优先级为高优先级；在定时中断服务程序中，把对DS18B20的操作所涉及的所有时序中要求大于1微秒而小于无限长的时间片，直接在中断程序里用1微秒至2微秒左右的指令延时实现，对DS18B20的操作所涉及的所有时序中大于15微秒的时间片序列化而且与时间片计数器的值一一对应；在定时中断服务程序中，调整时间片计数器的值，根据时间片计数器的值，重新对定时器设置不同的计数初值，该计数初值满足再次进入定时中断服务程序时，跨过的时间间隔等于该时间片计数器值所对应的DS18B20所要求的时间片时间；在定时中断服务程序中，接收DS18B20发送的存在脉冲，判断DS18B20是否存在或损坏；在定时中断服务程序中，根据时间片计数器的值，调整循环次数计数器的值，以便在发送命令或接收数据中，满足相应的发送或接收时序，完整并正确的发送8位命令或接收8位数据；在定时中断服务程序中，根据时间片计数器的值和循环计数器的值，调整命令字计数器的值，以便根据程序要求将相应的ROM命令或功能命令发送出去以及将温度转换结果的高8位或低8位接收进来；在定时中断服务程序中，根据时间片计数器的值和命令字计数器的值，设置定时器计数初值、判断并调整中断次数计数器的值，使其达到较长时间的延时，用以确保DS18B20温度转换完成并实现DS18B20寄生供电模式下的上拉操作。
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| "DS18B20在实时控制系统中的应用";阮海蓉;《制造业自动化》;20120331;第34卷(第3期);第120-124页 * |
| "DS18B20数据温度传感器接口程序的时序";黄文力等;《仪器仪表用户》;20111231;第18卷(第6期);第99-101页 * |
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