《STC系列单片机项目实践》课件-03 项目三 数字温度计设计

项目3数字温度计设计3.1学习目标［知识目标］

了解ＬＣＤ１６０２液晶屏的工作原理、主要技术参数及指令功能；

了解ＤＳ１８Ｂ２０温度传感器的引脚定义、温度数据格式及指令功能；

掌握ＬＣＤ１６０２液晶的读写时序及ＤＳ１８Ｂ２０温度传感器的单总线协议；

掌握数字温度计的设计方法。［能力目标］

能够读懂数据手册，在ＬＣＤ１６０２液晶屏上显示字符；

能够根据单总线协议获取到ＤＳ１８Ｂ２０感测到的温度值；

能够在一个工程中进行模块化编程；

能够编译、下载并调试程序。

3.2项目分析本项目阐述制作一个数字温度计的过程，该温度计可以感测当前环境的温度，并能将温度值在ＬＣＤ１６０２液晶屏上显示出来。为达到项目功能要求，将采用自制实验平台ＣＣＩＴＳＴＣ实验板上的ＬＣＤ１６０２液晶模块和ＤＳ１８Ｂ２０模块来实现相关功能，单片机通过读取ＤＳ１８Ｂ２０模块感测到的当前温度值，然后将该值写入ＬＣＤ１６０２液晶屏中显示输出。

3.4支撑知识3.4.1ＬＣＤ１６０２液晶屏驱动

2读写时序3编程方法3编程方法4LCD1602驱动设计分析初始化函数写命令函数读命令函数写数据函数指定位置显示字符串函数3.4.2DS18B20温度传感器驱动

ＤＳ１８Ｂ２０是由美国美信半导体公司生产的单线智能温度传感器，提供９～１２位摄氏温度的测量，广泛应用于工业、民用和军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。它具有体积小、低功耗、接口简单、传输距离远等特点。

ＤＳ１８Ｂ２０温度传感器有三种封装，如ＳＯ（ＤＳ１８Ｂ２０）、ｕＳＯＰ（ＤＳ１８Ｂ２０Ｕ）和ＴＯ－９２封装，具体样式可参考数据手册。ＣＣＩＴＳＴＣ实验板上采用的是最常用的ＴＯ－９２封装，外观像一个普通直插晶体管一样。温度数据格式

ＤＳ１８Ｂ２０内部有９个８位的寄存器，跟温度值相关的是起始两个寄存器（ＴＭＳＢ和ＴＬＳＢ），分别用来存放当前测到的温度值。为什么要用两个寄存器来存储温度值呢？

ＤＳ１８Ｂ２０通过编程可以实现最高１２位的温度存储，那么一个８位寄存器显然放不下１２位数据，所以必须要用两个寄存器。实际上，对于１２位温度值，ＴＭＳＢ，中的高５位存放的是１２位温度值的符号位（图中的Ｓ位），低３位存放的是１２位温度值的高３位，ＴＬＳＢ则存放１２位温度值的低８位。

单总线协议

数据手册中ＤＳ１８Ｂ２０的初始化时序图，如图所示，这幅图详细描述了初始化时ＤＱ数据线上电平随时间的变化关系：

①由单片机（主机）发出复位脉冲，该脉冲最短时间为４８０μｓ。所谓复位脉冲，其实就是将ＤＱ数据线电平拉低；

②单片机释放ＤＱ数据线。这时候由于上拉电阻的作用，ＤＱ数据线上的电平会被拉高。所谓释放ＤＱ数据线，其实就是将ＤＱ数据线电平拉高；

③经过单片机完成①之后的１５～６０μｓ等待，如果总线上存在ＤＳ１８Ｂ２０，则ＤＳ１８Ｂ２０将发出一个存在脉冲，该脉冲的时间为６０～２４０μｓ。所谓存在脉冲，其实也是将ＤＱ数据线拉低；

④ＤＳ１８Ｂ２０发送完存在脉冲后，ＤＱ数据线恢复为空闲状态，也就是高电平。单总线协议

写‘０’时序

①由单片机（主机）将ＤＱ数据线电平拉低，持续时间为６０～１２０μｓ。

②单片机释放ＤＱ数据线。这时候由于上拉电阻的作用，ＤＱ数据线上的电平会被拉高。所谓释放ＤＱ数据线，其实就是将ＤＱ数据线拉高。

③实际上，在单片机拉低ＤＱ数据线１５μｓ之后，ＤＳ１８Ｂ２０会在１５μｓ～６０μｓ之间来对ＤＱ数据线进行采样，采样的典型值是在３０μｓ的时刻读取，最迟也会在６０μｓ时刻才读取；

写‘１’时序

①由单片机（主机）将ＤＱ数据线电平拉低，持续时间为大于１μｓ。

②单片机立即释放ＤＱ数据线。这时候由于上拉电阻的作用，ＤＱ数据线上的电平会被拉高。需要注意的是，释放总线的时间需要保持至少６０μｓ。

③与写‘０’类似，ＤＳ１８Ｂ２０会在ＤＳ１８Ｂ２０会在１５～６０μｓ之间来对ＤＱ数据线进行采

样，来读取这个‘１’单总线协议

ＤＳ１８Ｂ２０的读时序图的左半部分是读‘０’时序，右半部分是读‘１’时序。当单片机去写ＤＳ１８Ｂ２０时，单片机将所要传送的数据送到ＤＱ数据线，然后ＤＳ１８Ｂ２０来采样ＤＱ上的数据。反过来，当单片机来读ＤＳ１８Ｂ２０时，ＤＳ１８Ｂ２０需要将所要传送的数据送到ＤＱ，然后由单片机来采样ＤＱ上的数据。

单总线协议

写‘０’时序

①由单片机（主机）将ＤＱ数据线电平拉低，持续时间为６０～１２０μｓ。

②单片机释放ＤＱ数据线。这时候由于上拉电阻的作用，ＤＱ数据线上的电平会被拉高。所谓释放ＤＱ数据线，其实就是将ＤＱ数据线拉高。

③实际上，在单片机拉低ＤＱ数据线１５μｓ之后，ＤＳ１８Ｂ２０会在１５μｓ～６０μｓ之间来对ＤＱ数据线进行采样，采样的典型值是在３０μｓ的时刻读取，最迟也会在６０μｓ时刻才读取；

写‘１’时序

①由单片机（主机）将ＤＱ数据线电平拉低，持续时间为大于１μｓ。

②单片机立即释放ＤＱ数据线。这时候由于上拉电阻的作用，ＤＱ数据线上的电平会被拉高。需要注意的是，释放总线的时间需要保持至少６０μｓ。

③与写‘０’类似，ＤＳ１８Ｂ２０会在ＤＳ１８Ｂ２０会在１５～６０μｓ之间来对ＤＱ数据线进行采

样，来读取这个‘１’。温度传感器驱动设计分析

温度传感器驱动设计分析

3.5项目实施该项目整个程序的逻辑流程并不复杂，主要包含如下步骤：①单片机从ＤＳ１８Ｂ２０读出温度值；②单片机将该温度值写入ＬＣＤ１６０２液晶屏；③返回①继续执行。该项目主要是由单片机和ＬＣＤ１６０２和ＤＳ１８Ｂ２０两个复杂的器件通信，各个模块的难度有所增加，但通过以上模块化划分和通用函数设计，在对ＬＣＤ１６０２液晶屏和ＤＳ１８Ｂ２０分别进行读写操作也就显得相对容易。因此，在项目编程过程中，不能将不同元件的驱动函数和ｍａｉｎ函数一起杂糅在一个ｃ文件中，这样编程难度和调试难度都不可预知。本项目将ＬＣＤ１６０２液晶屏的驱动程序和ＤＳ１８Ｂ２０的驱动程序分别放在独立的ｃ文件中，然后ｍａｉｎ函数也放入一个独立ｍａｉｎ.ｃ文件，从而构件成数字温度计项目工程文件。

在工程中建立ｍａｉｎ.ｃ文件，该文件主要实现了读取ＤＳ１８Ｂ２０的温度值，并将结果显示在ＬＣＤ１６０２液晶屏上。由于ＤＳ１８Ｂ２０所表示的温度值中，含有小数和整数两个部分，所以将小数和整数分离出来，在合适的位置放入小数点显示即可。3.7项目小结通过数字温度计项目，实现了一个单片机和多个外设的通信，项目开发过程应用了很多知识和技能，为后面进行复杂应用开发打下了非常重要的基础。首先，通过该项目开发，了解了查阅器件数据手册的重要性。任何一个元器件都会有相应的数据手册，它用来告诉开发者如何使用该器件。因此，如果将来要从事单片机项目的开发，良好的数据手册阅读能力是一项必备的基本功。然后，通过了解器件的主要技术参数和功能引脚定义，就能开始进行硬件电路设计。例如ＬＣＤ１６０２液晶屏的供电电压为５Ｖ，这样可以直接从单片机供电电源取电；ＤＳ１８Ｂ２０同单片机是单总线通信，因此将ＤＱ数据线连接到单片机的某一引脚，且需添加上拉电