Подключение и программирование датчика DS18B20

Подключение датчика DS18B20 к микроконтроллеру
Программирование работы микроконтроллера с датчиком DS18B20

В двух предыдущих статьях мы рассмотрели устройство датчика температуры DS18B20 и систему команд датчика. В этой статье мы рассмотрим схему подключения одного или нескольких датчиков к микроконтроллеру и программирование работы МК с датчиком (датчиками) по шине 1-Wire с внешним питанием

Подключение датчика DS18B20 к микроконтроллеру

Типовая схема подключения датчиков DS18B20 к микроконтроллеру:

Как видно из схемы, датчик DS18B20 (или датчики) подключаются к микроконтроллеру, если они имеют общее питание, тремя проводниками:
- вывод №1 - общий провод (масса, земля)
- вывод №2 - он же DQ, по которому происходит общение между МК и DS18B20, подключается к любому выводу любого порта МК. Вывод DQ обязательно должен быть "подтянут" через резистор к плюсу питания
- вывод №3 - питание датчика - +5 вольт
Если в устройстве используется несколько датчиков температуры, то их можно подключить к разным выводам порта МК, но тогда увеличится объем программы. Датчики лучше подключать как показано на схеме - параллельно, к одному выводу порта МК.
Напомню о величине подтягивающего резистора:
"Сопротивление резистора надо выбирать из компромисса между сопротивлением используемого кабеля и внешними помехами. Сопротивление резистора может быть от 5,1 до 1 кОм. Для кабелей с высоким сопротивлением жил надо использовать более высокое сопротивление. А там где присутствуют промышленные помехи – выбирать более низкое сопротивление и использовать кабель с более большим сечением провода. Для телефонной лапши (4 жилы) для 100 метров необходим резистор 3,3 кОм. Если вы применяете «витую пару» даже 2 категории длина может быть увеличена да 300 метров"

Программирование работы микроконтроллера с датчиком DS18B20

Как происходит общение датчика DS18B20 с микроконтроллером мы рассмотрим используя даташит датчика и программу Algorithm Builder.

Последовательность операций общения
ОЧЕНЬ ВАЖНО следовать установленной последовательности (которая состоит из трех пунктов) каждый раз при обращении к DS18B20:
1. Инициализация
2. Команда ROM
3. Функциональная команда DS18B20
Только две команды выполняется в два шага: Поиск ROM и Поиск Аварии.

Инициализация DS18B20

Последовательность выполнения инициализации состоит из двух частей:
- импульс сброса - который формирует микроконтроллер
- импульс присутствия - который формирует DS18B20
Исходное состояние шины DQ, по которой происходит общение МК и датчика, - логическая 1, так как шина DQ "подтянута" через резистор к питанию.
По состоянию шины DQ можно определить подключен ли датчик к микроконтроллеру:
- если на шине логическая 1 - значит датчик подключен
- если не логическая 1 - значит датчик не подключен (или забыли подключить, или обрыв линии DQ)
Поэтому, последовательность выполнения инициализации можно дополнить еще одним пунктом - проверка подключения датчика. Но учтите, что эту проверку можно провести только при одном датчике.

Проверяем подключение датчика DS18B20:

Где:
- INI_DS18B20 - подпрограмма инициализации
- DQ_Pin - имя, которое я присвоил, разряду порта к которому подключен датчик (если смотреть по схеме, то это вывод PB0 порта В)
- DQ_Pin=1 - проверка подключения датчика - если на выводе DQ_Pin логическая единица то переходим по стрелке, если нет, то:
- 1--> Term_Error, где Term_Error - переменная в которую записывается код ошибки, в данном случае "1"
- Show_Term_Error - переход к подпрограмме вывода ошибки на дисплей
К примеру, при использовании трехразрядного семисегментного дисплея, можно вывести такую строчку:
- Er1, что означает - возникла ошибка, код ошибки-1 (датчик не подключен)

Теперь заглянем в даташит датчика и посмотрим временной график процедуры инициализации:

Переводим график в слова:
1. Исходный уровень шины DQ - логическая единица (за счет подтягивающего резистора)
2. Микроконтроллер формирует импульс сброса:
- МК переводит шину DQ в состоянии логического нуля на время не менее 480 микросекунд
- МК отпускает шину (переводим вывод в режим приема), при этом шина DQ опять переходит в состоянии логической единицы
3. DS18B20 обнаружив перепад уровня на шине (с логического нуля на логическую единицу) через 15-60 микросекунд передает импульс присутствия - переводит шину DQ в состояние логического нуля на длительность 60-240 микросекунд
4. По завершению импульса присутствия DS18B20 возвращает шину DQ в уровень логической единицы (судя по графику - через 480 микросекунд, от окончания импульса сброса, шина должна стопроцентно вернуться в уровень логической единицы)

Теперь переведем это все на язык программы. Но при этом следует учесть, что в процессе инициализации могут возникнуть еще две ошибки:
- DS18B20 не выдал импульс присутствия
- после импульса присутствия от DS18B20 шина DQ не вернулась в состоянии логической единицы

На графике указаны минимальные временные характеристики, поэтому в программе они несколько завышены или взяты максимальные (из минимальных) значения:
- импульс сброса от МК - не 480 а 500 микросекунд
- пауза от окончания импульса сброса до импульса присутствия - 60 микросекунд
- возврат шины в состояние логической единицы после импульса присутствия через 420 микросекунд
Я надеюсь с первым вопросом - ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ, мы разобрались
Переходим к следующему шагу обязательной последовательности - "Команда ROM"

Команда ROM

Следующим шагом нашего общения с DS18B20 мы должны подать ему нужную команду ROM
Напоминаю, что команд ROM всего пять:
1. Поиск ROM - может применяется (а может и не применяться, я, к примеру, ее в большинстве случаев не использую) в случае применения нескольких датчиков или других устройств общающихся с МК по шине 1-Wire
2. Чтение ROM - применяется при одном подключенном датчике для считывания его 64-битного кода
3. Соответствие ROM - применяется в случае если датчиков более одного для обращения к конкретному датчику
4. Пропуск ROM - команда используется для обращения сразу ко всем датчикам (устройствам) подключенным к МК. Практически применяется для подачи функциональной команды на конвертирование температуры (определение температуры) всеми подключенными датчиками одновременно
5. Поиск тревоги - если мы задали DS18B20 верхний и нижний предел температуры, которые нам нужно контролировать. В этом случае нам ответят только те датчики измеренная температура которыми соответствует заданным пределам

Каждая команда ROM имеет шестнадцатиразрядный код (также как и функциональные команды), поэтому для удобства в программе очень можно определить константы, которые имеют понятные названия команд, к примеру:

В этой таблице заданы константы нужных мне для работы с датчиками команд.
После первого шага - ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ, и передачи датчику DS18B20 команды ROM, датчик готов выполнить функциональную команду.
В предыдущей статье я подробно рассказал и о командах ROM, и о функциональных командах, повторяться не буду (я про функциональные команды).

Два примера алгоритма работы с DS18B20:
1. При использовании одного датчика:
- выполняем инициализацию
- подаем датчику команду ROM - "Пропуск ROM"
- подаем датчику функциональную команду - "Конвертировать температуру" (измерить температуру)
В процессе конвертирования контролируем работу датчика - если на шине ноль, то конвертирование не закончилось, если на шине логическая единица - конвертирование закончено.
Теперь можно считать температуру с датчика:
- выполняем инициализацию
- подаем датчику команду ROM - "Пропуск ROM"
- подаем датчику функциональную команду - "Чтение памяти"
По команде "чтение памяти" датчик начинает передачу данных из своей памяти - все девять байт. Но нам нужны только первые два байта - в них записана текущая измеренная датчиком температура. Поэтому считываем только два первых байта и выходим из подпрограммы.

Предыдущие статьи:

1. Устройство цифрового термометра DS18B20
2. Система команд датчика DS18B20
3. Подключение DS18B20 к микроконтроллеру

Следующая статья:

1. Микроконтроллер AVR и датчик DS18B20: программирование работы

(17 голосов, оценка: 4,88 из 5)

Загрузка...