17.2.5　C51模拟单总线操作子函数

对于DS18S20的操作需要严格遵守单总线协议，一般采用单总线主控制器或者带有单总线主机的微处理器来实现。但是很多时候，所选用的单片机不具备单总线接口。此时便需要在软件中模拟单总线操作。首先需要定义单总线所使用的引脚，示例如下。

sbit ONEWIRE_DQ=P2^0；//定义P2^0引脚为DS18S20的DQ引脚

这里以数字温度传感器DS18S20为例，介绍单总线器件所支持的ROM操作命令、存储器操作命令等的C51软件实现。

1.延时子函数

延时子函数用于延时指定的时间，用来构成1-Wire总线协议所需要的时序以及15kbps标准速率和111kbps高速速率的要求。在程序中，可以通过双重空循环语句实现延时操作。延时子函数的程序代码示例如下。

void Delay（int useconds）

{

int s，t；

for（s=0；s＜useconds；s++）//双重循环

{

for（t=0；t＜10；t++）；//空循环语句实现延时

}

}

提示以上函数通过空语句实现延时，这导致延时的长短与80C51的晶振频率相关，具体延时时长可通过C51中的调试功能进行跟踪。

2.复位子函数

复位子函数用于完成单总线上从器件的复位操作。在程序中，可用首先将数据线DQ拉低并保持一段时间来实现1-Wire总线上所有器件的复位。接着主机等待DS18S20返回的存在脉冲，并根据存在脉冲返回存在信号。如果返回0则表示器件存在，如果返回1则表示器件不存在。复位子函数的程序代码示例如下。

uchar Reset（void）

{

uchar PresencePalse；

ONEWIRE_DQ=0；//拉低数据线DQ

Delay（3）；//延时

ONEWIRE_DQ=1；//置数据线DQ为高电平

Delay（1）；//延时

PresencePalse=ONEWIRE_DQ；//读取存在信号

Delay（3）；//延时，等待时间隙结束

if（PresencePalse）//返回存在信号

return 1；

else

return 0；

}

3.位写入子函数

位写入子函数用于向单总线上的从器件写入一个比特的数据。在程序中，首先拉低数据线DQ开始写时间隙，然后向数据线DQ写入位数据。如果需要写入1，则数据线DQ置1即可；如果需要写入0，则数据线DQ置0即可。位写入子函数的程序代码示例如下。

void WriteBit（char val）

{

ONEWIRE_DQ=0；//写时间隙

if（val==1）

ONEWIRE_DQ=1；//数据线DQ置1，写1

else

ONEWIRE_DQ=0；//数据线DQ置0，写0

Delay（1）；//延时，在时间隙内保持电平值

ONEWIRE_DQ=1；//拉高数据线DQ

}

4.字节写入子函数

字节写入子函数用于向单总线上的从器件写入一个字节的数据。在程序中，采用循环移位的方式，每次调用位写入子函数WriteBit写入一位。字节写入子函数的程序代码示例如下。

void WriteByte（char val）

{

uchar i；

uchar temp；

for（i=0；i＜8；i++）//循环写入字节，每次写入一位

{

temp=val＞＞i；//移位

temp＆=0x01；

WriteBit（temp）；//逐位写

}

}

5.位读取子函数

位读取子函数用于从单总线上读取从器件返回的一个比特的数据。在程序中，首先拉低数据线DQ开始读时间隙，然后将DQ置1。接着延时一段时间，读取并返回数据总线DQ上的位数据。位读取子函数的程序代码示例如下。

uchar ReadBit（void）

{

ONEWIRE_DQ=0；//读时间隙

ONEWIRE_DQ=1；//DQ置1

Delay（1）；//延时

if（ONEWIRE_DQ）//返回数据总线DQ上的位数据

return 1；

else

return 0；

}

6.字节读取子函数

字节读取子函数用于从单总线上读取从器件返回的一个字节的数据。在程序中，采用循环移位的方式，每次调用位读取子函数ReadBit读取一位。字节读取子函数的程序代码示例如下。

uchar ReadByte（void）

{

uchar i；

uchar value=0；

for（i=0；i＜8；i++）//读取字节，每次读取一位

{

if（ReadBit（））

value|=0x01＜＜i；//循环左移

else

；//空语句

Delay（1）；

}

return（value）；//返回字节数据

}

7.读取ROM代码子函数

读取ROM代码子函数用于读取单总线上单个DS18S20从器件的ROM代码。在程序中，首先使用复位子函数Reset复位单总线上的所有从器件，然后调用字节写入子函数WriteByte来执行读出ROM序列号指令，指令码为33H。接着，循环调用字节读取子函数ReadByte来读取DS18S20返回的8个字节的ROM序列号。最后，通过串口打印输出获得的ROM序列号。读取ROM代码子函数的程序代码示例如下。

void ReadROMNumber（void）

{

int n；

char dat[9]；

printf（“\nReading DS18S20 ROM Number\n”）；//输出信息

Reset（）；//复位子函数

WriteByte（0x33）；//读出ROM序列号命令

for（n=0；n＜8；n++）

{

dat[n]=ReadByte（）；//循环读ROM序列号

}

printf（“\nDS18S20 ROMNumber=”）；//输出ROM序列号

printf（“%X%X%X%X%X%X%X%X\n”，//输出ROM序列号

dat[7]，dat[6]，dat[5]，dat[4]，dat[3]，dat[2]，dat[1]，dat[0]）；

}

8.CRC校验子函数

CRC校验子函数用于完成一次循环冗余校验。一般来说，在进行单总线ROM搜索时需要CRC校验。其中，经常采用查表法来实现CRC校验。在程序设计时，需要预先定义CRC校验表，详细介绍可参阅DS18S20的参考应用笔记。CRC校验子函数的程序代码示例如下。

uchar CRCCheck（uchar x）

{

uchar code dsc[]=//CRC校验表

{

0，94，188，226，97，63，221，131，194，156，126，32，163，253，31，65，

157，195，33，127，252，162，64，30，95，1，227，189，62，96，130，220，

35，125，159，193，66，28，254，160，225，191，93，3，128，222，60，98，

190，224，2，92，223，129，99，61，124，34，192，158，29，67，161，255，

70，24，250，164，39，121，155，197，132，218，56，102，229，187，89，7，

219，133，103，57，186，228，6，88，25，71，165，251，120，38，196，154，

101，59，217，135，4，90，184，230，167，249，27，69，198，152，122，36，

248，166，68，26，153，199，37，123，58，100，134，216，91，5，231，185，

140，210，48，110，237，179，81，15，78，16，242，172，47，113，147，205，

17，79，173，243，112，46，204，146，211，141，111，49，178，236，14，80，

175，241，19，77，206，144，114，44，109，51，209，143，12，82，176，238，

50，108，142，208，83，13，239，177，240，174，76，18，145，207，45，115，

202，148，118，40，171，245，23，73，8，86，180，234，105，55，213，139，

87，9，235，181，54，104，138，212，149，203，41，119，244，170，72，22，

233，183，85，11，136，214，52，106，43，117，151，201，74，20，246，168，

116，42，200，150，21，75，169，247，182，232，10，84，215，137，107，53

}；

CRCdsc=dsc[CRCdsc^x]；//查表校验

return CRCdsc；//返回

}

9.搜索器件子函数

搜索器件子函数用于搜索单总线上的下一个DS18S20从器件。在程序中，单总线主机采用循环搜索，直到全部ROM字节0～7都完成。如果单总线上没有其他DS18S20器件则返回0。在ROM搜索时，单总线主机写入搜索ROM序列号指令，指令码为F0H，并采用CRC校验子函数执行CRC校验。搜索器件子函数的程序代码示例如下。

uchar SearchDevice（uchar EndFlag，uchar LastData）

{

uchar m=1；//DS18S20 ROM位索引

uchar n=0；//DS18S20 ROM字节索引

uchar k=1；

uchar x=0；

uchar disMarker=0；

uchar g；

uchar nxt；

int flag；

nxt=0；//初始化

CRCdsc=0；

flag=Reset（）；//复位函数

if（flag||EndFlag）//如果没有其他器件

{

LastData=0；

return 0；//返回0

}

WriteByte（0xF0）；//搜索ROM命令

do//循环

{

x=0；

if（ReadBit（）==1）

x=2；

Delay（1）；

if（ReadBit（）==1）

x|=1；

if（x==3）

break；

else

{

if（x＞0）

g=x＞＞1；

else

{

if（m＜LastData）

g=（（DS18S20ROM[n]＆k）＞0）；

else

g=（m==LastData）；

if（g==0）

disMarker=m；

}

if（g==1）

DS18S20ROM[n]|=k；

else

DS18S20ROM[n]＆=～k；

WriteBit（g）；//位写入函数

m++；

k=k＜＜1；

if（k==0）

{

CRCCheck（DS18S20ROM[n]）；//CRC校验

n++；

k++；

}

}

}while（n＜8）；//直到全部ROM字节0～7都完成

if（m＜65||CRCdsc）

LastData=0；

else//搜索成功

{

LastData=disMarker；//置位LastData，lastOne和nxt

EndFlag=（LastData==0）；

nxt=1；//表示总线上还有其他器件，搜索未结束

}

return nxt；

}

提示以上程序中的uchar在主程序中通过宏定义进行定义。

10.搜索第一个器件子函数

搜索第一个器件子函数用于搜索单总线上的第一个DS18S20从器件。在程序中，主要调用搜索器件函数SearchDevice来完成一次搜索。搜索第一个器件函数FindFirstDevice的程序代码示例如下。

uchar FindFirstDevice（void）

{

uchar LastData=0；

uchar EndFlag=0；

return SearchDevice（EndFlag，LastData）；//搜索器件函数SearchDevice

}

11.读取暂存器子函数

读取暂存器子函数用于读取DS18S20内部高速暂存器中的数据。在程序中，首先执行读暂存器指令，指令码为BEH。然后通过循环调用字节读取子函数ReadByte来读取暂存器中9个字节的数据。读取暂存器子函数的程序代码示例如下。

void ReadData（void）

{

int j；

char pad[10]；

printf（“\nReading DS18S20 ScratchPad Data\n”）；

WriteByte（0xBE）；//读暂存器命令（代码为BEH）

for（j=0；j＜9；j++）//循环读取暂存器中9个字节的数据

{

pad[j]=ReadByte（）；//字节读取函数

}

printf（“\n ScratchPAD DATA=”）；

printf（“\n%X%X%X%X%X%X%X%X%X\n”，//输出结果

pad[8]，pad[7]，pad[6]，pad[5]，pad[4]，pad[3]，pad[2]，pad[1]，pad[0]）；

}

12.查找器件子函数

查找器件子函数用于查找单总线上的所有DS18S20从器件。在程序中，首先复位单总线，通过FindFirstDevice的返回值确定是否存在从器件。如果总线上存在DS18S20，则将其唤醒并调用。程序中，使用SearchDevice函数来识别单总线上每个DS18S20从器件唯一的ROM序列号。查找器件函数的程序代码示例如下。

void FindDevices（void）

{

uchar numROMs；

uchar m；

uchar LastData=0；

uchar EndFlag=0；

numROMs=0；

if（！Reset（））

//复位总线

{//如果存在器件则开始处理

if（FindFirstDevice（））//调用FindFirstDevice函数

{

do//循环

{

numROMs++；

for（m=0；m＜8；m++）

{//识别ROM代码

ROMFound[numROMs][m]=DS18S20ROM[m]；

}

printf（“\nDS18S20 ROM CODE=”）；

printf（“\n%02X%02X%02X%02X%02X%02X%02X%02X\n”，

ROMFound[5][7]，ROMFound[5][6]，ROMFound[5][5]，ROMFound[5][4]，

ROMFound[5][3]，ROMFound[5][2]，ROMFound[5][1]，ROMFound[5][0]）；

}while（SearchDevice（EndFlag，LastData）＆＆（numROMs＜10））；

//直到没有发现其他从器件

}

}

}

13.读取温度子函数

读取温度子函数用于读取单总线上DS18S20测量的温度值。如果单总线上只有一个DS18S20，则可以使用该函数来获取温度测量值。在程序中，首先复位单总线，然后执行温度转换指令，指令码为44H。接着执行读暂存器指令读取温度数据，指令码为BEH。最后通过打印输出对应的摄氏温度值以及华氏温度值。读取温度子函数的程序代码示例如下。

void ReadTemperature（void）{

char get[10]；

char temp_lsb，temp_msb；

int k；

char Ftemperature，Ctemperature；

Reset（）；

//复位

WriteByte（0xCC）；

//跳过ROM序列号命令

WriteByte（0x44）；

//启动温度转换命令

Delay（1）；

Reset（）；

WriteByte（0xCC）；

//跳过ROM序列号命令

WriteByte（0xBE）；

//读暂存器指令

for（k=0；k＜9；k++）

{

get[k]=ReadByte（）；

//循环读取

}

printf（“\n Scratch DATA=%X%X%X%X%X%X%X%X%X\n”，

get[8]，get[7]，get[6]，get[5]，get[4]，get[3]，get[2]，get[1]，get[0]）；

temp_msb=get[1]；

temp_lsb=get[0]；

if（temp_msb＜=0x80）

{

temp_lsb=（temp_lsb/2）；//移位，得到完整的温度值

}

temp_msb=temp_msb＆0x80；//屏蔽符号位之外的所有数据位

if（temp_msb＞=0x80）

{

temp_lsb=（～temp_lsb）+1；//temp_lsb取补，再加1

}

if（temp_msb＞=0x80）

{

temp_lsb=（temp_lsb/2）；//移位，得到完整的温度值

}

if（temp_msb＞=0x80）

{

temp_lsb=（（-1）*temp_lsb）；//符号位

}

printf（“\nTempC=%d degrees C\n”，（int）temp_lsb）；//摄氏温度值输出

Ctemperature=temp_lsb；

Ftemperature=（（（int）Ctemperature）*9）/5+32；

printf（“\nTempF=%d degrees F\n”，（int）Ftemperature）；//华氏温度值输出

}