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DS18B20時(shí)序分析
時(shí)間：2018-09-25 來(lái)源：未知
1、過(guò)程1、2是初始化過(guò)程，每次讀取都要初始化，否則18b20處于待機(jī)狀態(tài)，無(wú)法成功讀取。過(guò)程1：拉低信號(hào)線480-700us，使它復(fù)位，然后釋放總線15-60us，18b20會(huì)拉低總線60-240us，然后它釋放總線。所以初始化成功的一個(gè)標(biāo)志就是能否讀到18b20這個(gè)先低后高的操作時(shí)序。
(注意：黑色部分表示主機(jī)操作，藍(lán)色部分表示18b20操作，每次主機(jī)操作完成之后等待18b20狀態(tài)時(shí)，必須要釋放總線，比如將IO設(shè)置為高阻態(tài)什么的。否則18B20沒法把狀態(tài)寫到線上)
2、過(guò)程3、4是寫1bit數(shù)據(jù)過(guò)程。過(guò)程3是寫0 ，過(guò)程4是寫1。過(guò)程3：拉低總線60us，然后抬高總線5us，完成。過(guò)程4：拉低總線5us，然后抬高總線60us，完成
3、過(guò)程5、6是讀1bit過(guò)程。過(guò)程5是讀0，過(guò)程6是讀1。過(guò)程5、6：拉低總線5us，然后釋放總線，讀取總線，如果為0，則讀入0，如果為1，則讀入1。
DS18B20時(shí)序
初始化序列——復(fù)位和存在脈沖
DS18B20的所有通信都由由復(fù)位脈沖組成的初始化序列開始。該初始化序列由主機(jī)發(fā)出，后跟由DS18B20發(fā)出的存在脈沖(presence pulse)。下圖(插圖13，即如下截圖)闡述了這一點(diǎn)。當(dāng)發(fā)出應(yīng)答復(fù)位脈沖的存在脈沖后，DS18B20通知主機(jī)它在總線上并且準(zhǔn)備好操作了。
在初始化步驟中，總線上的主機(jī)通過(guò)拉低單總線至少480μs來(lái)產(chǎn)生復(fù)位脈沖。然后總線主機(jī)釋放總線并進(jìn)入接收模式。
當(dāng)總線釋放后，5kΩ的上拉電阻把單總線上的電平拉回高電平。當(dāng)DS18B20檢測(cè)到上升沿后等待15到60us，然后以拉低總線60-240us的方式發(fā)出存在脈沖。
如文檔所述，主機(jī)將總線拉低短480us，之后釋放總線。由于5kΩ上拉電阻的作用，總線恢復(fù)到高電平。DS18B20檢測(cè)到上升沿后等待15到60us，發(fā)出存在脈沖：拉低總線60-240us。至此，初始化和存在時(shí)序完畢。
根據(jù)上述要求編寫的復(fù)位函數(shù)為：
首先是延時(shí)函數(shù)：(由于DS18B20延時(shí)均以15us為單位，故編寫了延時(shí)單位為15us的延時(shí)函數(shù)，注意：以下延時(shí)函數(shù)晶振為12MHz)
/*
************************************
函數(shù)：Delayxus_DS18B20
功能：DS18B20延時(shí)函數(shù)
參數(shù)：t為定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度
返回：無(wú)
說(shuō)明： 延時(shí)公式：15n+15(近似),晶振12Mhz
******************************************
*/
void Delayxus_DS18B20(unsigned int t)
{
for(t;t>0;t--)
{
_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
}
_nop_(); _nop_();
}
延時(shí)函數(shù)反匯編代碼(方便分析延時(shí)公式)
C:0x0031 7F01 MOV R7,#0x01
C:0x0033 7E00 MOV R6,#0x00
C:0x0035 1206A6 LCALL delayxus(C:06A6)
38: void Delayxus_DS18B20(unsigned int t)
39: {
40: for(t;t>0;t--)
C:0x06A6 D3 SETB C
C:0x06A7 EF MOV A,R7
C:0x06A8 9400 SUBB A,#0x00
C:0x06AA EE MOV A,R6
C:0x06AB 9400 SUBB A,#0x00
C:0x06AD 400B JC C:06BA
41: {
42: _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
C:0x06AF 00 NOP
C:0x06B0 00 NOP
C:0x06B1 00 NOP
C:0x06B2 00 NOP
43: }
C:0x06B3 EF MOV A,R7
C:0x06B4 1F DEC R7
C:0x06B5 70EF JNZ Delayxus_DS18B20 (C:06A6)
C:0x06B7 1E DEC R6
C:0x06B8 80EC SJMP Delayxus_DS18B20 (C:06A6)
44: _nop_(); _nop_();
C:0x06BA 00 NOP
C:0x06BB 00 NOP
45: }
C:0x06BC 22 RET
分析上述反匯編代碼，可知延時(shí)公式為15*(t+1)
/*
************************************
函數(shù)：RST_DS18B20
功能：復(fù)位DS18B20，讀取存在脈沖并返回
參數(shù)：無(wú)
返回：1：復(fù)位成功 ;0：復(fù)位失敗
說(shuō)明： 拉低總線至少480us ;可用于檢測(cè)DS18B20工作是否正常
******************************************
*/
bit RST_DS18B20()
{
bit ret="1";
DQ=0;/*拉低總線 */
Delayxus_DS18B20(32);/*為保險(xiǎn)起見，延時(shí)495us */
DQ=1;/*釋放總線 ，DS18B20檢測(cè)到上升沿后會(huì)發(fā)送存在脈沖*/
Delayxus_DS18B20(4);/*需要等待15~60us，這里延時(shí)75us后可以保證接受到的是存在脈沖(如果通信正常的話) */
ret=DQ;
Delayxus_DS18B20(14);/*延時(shí)495us，讓ds18b20釋放總線，避免影響到下一步的操作 */
DQ=1;/*釋放總線 */
return(~ret);
}
寫時(shí)序：
主機(jī)在寫時(shí)隙向DS18B20寫入數(shù)據(jù)，并在讀時(shí)隙從DS18B20讀入數(shù)據(jù)。在單總線上每個(gè)時(shí)隙只傳送一位數(shù)據(jù)。
寫時(shí)間隙
有兩種寫時(shí)隙：寫“0”時(shí)間隙和寫“1”時(shí)間隙。總線主機(jī)使用寫“1”時(shí)間隙向DS18B20寫入邏輯1，使用寫“0”時(shí)間隙向DS18B20寫入邏輯0.所有的寫時(shí)隙必須有少60us的持續(xù)時(shí)間，相鄰兩個(gè)寫時(shí)隙必須要有少1us的恢復(fù)時(shí)間。兩種寫時(shí)隙都通過(guò)主機(jī)拉低總線產(chǎn)生(見插圖14)。
為產(chǎn)生寫1時(shí)隙，在拉低總線后主機(jī)必須在15μs內(nèi)釋放總線。在總線被釋放后，由于5kΩ上拉電阻的作用，總線恢復(fù)為高電平。為產(chǎn)生寫0時(shí)隙，在拉低總線后主機(jī)必須繼續(xù)拉低總線以滿足時(shí)隙持續(xù)時(shí)間的要求(至少60μs)。
在主機(jī)產(chǎn)生寫時(shí)隙后，DS18B20會(huì)在其后的15到60us的一個(gè)時(shí)間窗口內(nèi)采樣單總線。在采樣的時(shí)間窗口內(nèi)，如果總線為高電平，主機(jī)會(huì)向DS18B20寫入1;如果總線為低電平，主機(jī)會(huì)向DS18B20寫入0。
如文檔所述，所有的寫時(shí)隙必須至少有60us的持續(xù)時(shí)間。相鄰兩個(gè)寫時(shí)隙必須要有少1us的恢復(fù)時(shí)間。所有的寫時(shí)隙(寫0和寫1)都由拉低總線產(chǎn)生。
為產(chǎn)生寫1時(shí)隙，在拉低總線后主機(jī)必須在15us內(nèi)釋放總線(拉低的電平要持續(xù)至少1us)。由于上拉電阻的作用，總線電平恢復(fù)為高電平，直到完成寫時(shí)隙。
為產(chǎn)生寫0時(shí)隙，在拉低總線后主機(jī)持續(xù)拉低總線即可，直到寫時(shí)隙完成后釋放總線(持續(xù)時(shí)間60-120us)。
寫時(shí)隙產(chǎn)生后，DS18B20會(huì)在產(chǎn)生后的15到60us的時(shí)間內(nèi)采樣總線，以此來(lái)確定寫0還是寫1。
滿足上述要求的寫函數(shù)為：
/*
************************************
函數(shù)：WR_Bit
功能：向DS18B20寫一位數(shù)據(jù)
參數(shù)：i為待寫的位
返回：無(wú)
說(shuō)明： 總線從高拉到低產(chǎn)生寫時(shí)序
******************************************
*/
void WR_Bit(bit i)
{
DQ=0;//產(chǎn)生寫時(shí)序
_nop_();
_nop_();//總線拉低持續(xù)時(shí)間要大于1us
DQ=i;//寫數(shù)據(jù) ，0和1均可
Delayxus_DS18B20(3);//延時(shí)60us，等待ds18b20采樣讀取
DQ=1;//釋放總線
}
/*
***********************************
函數(shù)：WR_Byte
功能：DS18B20寫字節(jié)函數(shù)，先寫低位
參數(shù)：dat為待寫的字節(jié)數(shù)據(jù)
返回：無(wú)
說(shuō)明：無(wú)
******************************************
*/
void WR_Byte(unsigned char dat)
{
unsigned char i="0";
while(i++<8)
{
WR_Bit(dat&0x01);//從低位寫起
dat>>=1; //注意不要寫成dat>>1
}
}
讀時(shí)序：
DS18B20只有在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)隙后才會(huì)向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。因此，在發(fā)出讀暫存器命令 [BEh]或讀電源命令[B4h]后，主機(jī)必須立即產(chǎn)生讀時(shí)隙以便DS18B20提供所需數(shù)據(jù)。另外，主機(jī)可在發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令T [44h]或Recall命令E 2[B8h]后產(chǎn)生讀時(shí)隙，以便了解操作的狀態(tài)(在 DS18B20操作指令這一節(jié)會(huì)詳細(xì)解釋)。
所有的讀時(shí)隙必須至少有60us的持續(xù)時(shí)間。相鄰兩個(gè)讀時(shí)隙必須要有少1us的恢復(fù)時(shí)間。所有的讀時(shí)隙都由拉低總線，持續(xù)至少1us后再釋放總線(由于上拉電阻的作用，總線恢復(fù)為高電平)產(chǎn)生。在主機(jī)產(chǎn)生讀時(shí)隙后，DS18B20開始發(fā)送0或1到總線上。DS18B20讓總線保持高電平的方式發(fā)送1，以拉低總線的方式表示發(fā)送0.當(dāng)發(fā)送0的時(shí)候，DS18B20在讀時(shí)隙的末期將會(huì)釋放總線，總線將會(huì)被上拉電阻拉回高電平(也是總線空閑的狀態(tài))。DS18B20輸出的數(shù)據(jù)在下降沿(下降沿產(chǎn)生讀時(shí)隙)產(chǎn)生后15us后有效。因此，主機(jī)釋放總線和采樣總線等動(dòng)作要在15μs內(nèi)完成。
插圖15表明了對(duì)于讀時(shí)隙，TINIT(下降沿后低電平持續(xù)時(shí)間), TRC(上升沿)和TSAMPLE(主機(jī)采樣總線)的時(shí)間和要在15μs以內(nèi)。
插圖16顯示了大化系統(tǒng)時(shí)間寬限的方法：讓TINIT 和TRC盡可能的短，把主機(jī)采樣總線放到15μs這一時(shí)間段的尾部。
由文檔可知，DS18B20只有在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)隙時(shí)才能發(fā)送數(shù)據(jù)到主機(jī)。因此，主機(jī)必須在BE命令，B4命令后立即產(chǎn)生讀時(shí)隙以使DS18B20提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)。另外，在44命令，B8命令后也要產(chǎn)生讀時(shí)隙。
所有的讀時(shí)隙必須至少有60us的持續(xù)時(shí)間。相鄰兩個(gè)讀時(shí)隙必須要有少1us的恢復(fù)時(shí)間。所有的讀時(shí)隙都由拉低總線，持續(xù)至少1us后再釋放總線(由于上拉電阻的作用，總線恢復(fù)為高電平)產(chǎn)生。DS18B20輸出的數(shù)據(jù)在下降沿產(chǎn)生后15us后有效。因此，釋放總線和主機(jī)采樣總線等動(dòng)作要在15us內(nèi)完成。
滿足以上要求的函數(shù)為：
/*
***********************************
函數(shù)：Read_Bit
功能：向DS18B20讀一位數(shù)據(jù)
參數(shù)：無(wú)
返回：bit i
說(shuō)明： 總線從高拉到低，持續(xù)至1us以上，再釋放總線為高電平空閑狀態(tài)產(chǎn)生讀時(shí)序
******************************************
*/
unsigned char Read_Bit()
{
unsigned char ret;
DQ=0;//拉低總線
_nop_(); _nop_();
DQ=1;//釋放總線
_nop_(); _nop_();
_nop_(); _nop_();
ret=DQ;//讀時(shí)隙產(chǎn)生7 us后讀取總線數(shù)據(jù)。把總線的讀取動(dòng)作放在15us時(shí)間限制的后面是為了保證數(shù)據(jù)讀取的有效性
Delayxus_DS18B20(3);//延時(shí)60us，滿足讀時(shí)隙的時(shí)間長(zhǎng)度要求
DQ=1;//釋放總線
return ret; //返回讀取到的數(shù)據(jù)
}
/*
************************************
函數(shù)：Read_Byte
功能：DS18B20讀一個(gè)字節(jié)函數(shù)，先讀低位
參數(shù)：無(wú)
返回：讀取的一字節(jié)數(shù)據(jù)
說(shuō)明： 無(wú)
******************************************
*/
unsigned char Read_Byte()
{
unsigned char i;
unsigned char dat="0";
for(i=0;i<8;i++)
{
dat>>=1;//先讀低位
if(Read_Bit())
dat|=0x80;
}
return(dat);
}
/*
************************************
函數(shù)：Start_DS18B20
功能：?jiǎn)?dòng)溫度轉(zhuǎn)換
參數(shù)：無(wú)
返回：無(wú)
說(shuō)明： 復(fù)位后寫44H命令
******************************************
*/
void Start_DS18B20()
{
DQ=1;
RST_DS18B20();
WR_Byte(0xcc);// skip
WR_Byte(0x44);//啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換
}
/*
************************************
函數(shù)：Read_Tem
功能：讀取溫度
參數(shù)：無(wú)
返回：int型溫度數(shù)據(jù)，高八位為高八位溫度數(shù)據(jù)，低八位為低八位溫度數(shù)據(jù)
說(shuō)明： 復(fù)位后寫B(tài)E命令
******************************************
*/
int Read_Tem()
{
int tem="0";
RST_DS18B20();
WR_Byte(0xcc);// skip
WR_Byte(0xbe);//發(fā)出讀取命令
tem=Read_Byte();//讀出溫度低八位
tem|=(((int)Read_Byte())<<8);//讀出溫度高八位
return tem;
}
注： DS18B20官方文檔中沒有說(shuō)明讀寫數(shù)據(jù)位的順序，查了下資料，DS18B20讀寫數(shù)據(jù)都是從低位讀寫的。
