// AVR微控制器 VS 溫度芯片DS18B20
//日期：2006年1月6日 人氣：2 查看:[大字體 中字體 小字體]

/*
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*   文件:   ds18b20.c
*   功能:   AVR微控制器 VS 溫度芯片DS18B20(TO-92)
*   工具:   WinAVR20040404(AVR-GCC)
*   作者:   孤欲化境(qjy_dali)
*   E-mail: qjy_dali@sohu.com
*   日期:   6/02/2004
*   版本:   1.41
*   聲明:   你可隨意地拷貝，復制或修改這個程序，但請你注明
*          你的修改。本作者不對這個程序的后果負責，無論是明
*          確的，還是隱含的(^_^)。自由軟件不是萬能的，但它
*          的確是令人振奮的。支持一下GCC!!!
********************************************************
*/

#ifndef  _DS18B20_C_
#define  _DS18B20_C_


/*      我的一線溫度芯片DS18B20被連接到AVR微控制器ATmega8
*  -16PI(PDIP28)的PD3(INT1)引腳，但是我只是用了PD3功能而
*  沒有使用中斷INT1功能。DS18B20(TO-92)的連接如下：
*  +-------------+-------------------------------------+
*  | Pin-1(GND)  | GND(ground)                         |
*  +-------------+-------------------------------------|
*  | Pin-2(DQ)   | 通過240歐姆的電阻連接到ATmega8的    |
*  |             | PD3引腳，同時用一個3K的電阻上拉到   |
*  |             | VCC(5V)。                           |
*  +-------------+-------------------------------------+
*  | Pin-3(VD)   | GND(ground)                         |
*  +-------------+-------------------------------------+
*      說明：很顯然，我采用的是"總線竊電"模式，這是DS-
*  18B20數據手冊認可的工作模式之一。串聯240歐姆電阻的用意
*  是為了防止有缺陷的用戶程序損壞DS18B20的可能性。例如，
*  如果用戶沒有正確地用OC(集電極開路)或OD(漏極開路)結構去
*  驅動DS18B20，而是錯誤地選擇了推挽式結構，則DS18B20會立
*  即或在"被虐待"一段時間后"死翹翹"(^_^)。當然，240歐姆的
*  取值未必是最恰當的，設計者可自己去優化。這需要設計者仔細
*  閱讀數據手冊。
*
*      此外，我采用了DS18B20的默認精度(12位)，并未修改，我
*  也沒有使用它的其它功能。簡而言之，這只是一個簡單的讀取溫度
*  的實例。用戶可以自己去改進，自己去研究數據手冊(我并未完全
*  看，只看了想看的一點點 ^_^ )。但是我可以肯定一點，這個程
*  序我是實踐過的!并且成功地讀取了溫度值!
*
*      請注意我是如何驅動DS18B20的：我是用AVR的方向寄存器
*  而不是輸出端口寄存器! 同時預先在輸出端口寄存器中寫入0。
*  這實際上相當于一個三態門：只不過輸入被接地，使它成了一
*  個OC門，使能端成了這個OC門的實際輸入!
*
*      1-wire總線的電氣特性與I2C總線相似，具有線與功能，所
*  以，總線上的任一設備都可在合適的時間強行拉低總線，但是總線
*  要呈現高電平，則必須是每一個設備都釋放了總線。就像我下面的
*  宏DQ_TO_1()，它只是釋放了總線，但不是說總線一定被強行驅動
*  至高電平，總線的高電平是由上拉電阻實現的。
*/
#define  DQ_18B20       (1<<3)                // PD3
#define  DQ_TO_0()      (DDRD |=  DQ_18B20)   // PD3='0'
#define  DQ_TO_1()      (DDRD &= ~DQ_18B20)   // PD3='float'
#define  DQ_status()    (PIND & DQ_18B20)     // read PD3 pin

/*     請認真檢查你的AVR微控制器的時鐘頻率! 特別注意：頻率
* 定義的單位是MHz! 并且請使用浮點數! 假如你的晶振是12MHz，
* 你應該寫成12.0000或12.0之類。
*     我的實驗電路的晶振是：11.0592MHz
*/
#ifndef  CPU_CRYSTAL
#define  CPU_CRYSTAL    (11.0592)
#endif

/*     請包含WinAVR系統提供的延時頭文件"delay.h"，其中給出
*  兩個延時模塊，我用16位的那個(16-bit count, 4 cycles/l-
*  oop.)，細節請看這個頭文件。
*/
#define  wait_us(us)    _delay_loop_2((INT16U)((us)*CPU_CRYSTAL/4))

/*---------------- 函數原型聲明 ------------------*/
// 1個初始化模塊
void   ds18b20_config(void);       // 配置端口

// 3個基本模塊
BOOL   ds18b20_reset(void);        // 復位DS18B20
void   ds18b20_write(INT8U dat);   // 寫字節到DS18B20
INT8U  ds18b20_read(void);         // 讀字節從DS18B20

// 2個應用模塊
void   convert_T(void);            // 啟動溫度轉換
INT16U read_T(void);               // 讀取轉換值


/*-------------------------------------------------------
*  配置(使能)AVR與DS18B20的接口
*/
void ds18b20_config(void)
{
    DDRD  &= ~DQ_18B20;   // 輸入模式(上電時為高電平)
    PORTD &= ~DQ_18B20;   // 輸出鎖存器寫0，以后不再更改
}

/*-------------------------------------------------------
*    復位1-wire總線，并探測是否有溫度芯片DS18B20(TO-92
*  封裝)掛在總線上，有返回SUCC，沒有返回FAIL
*/
BOOL ds18b20_reset(void)
{
    BOOL bus_flag;

    DQ_TO_0();      // 設置1-wire總線為低電平(占領總線)...

    /* 現在延遲480us~960us, 與硬件密切相關，但應盡可能選小值(480us)，
       把抖動留給系統(比如在延遲期間發生中斷導致延遲變長)。
     */
    wait_us(490);   // 490us

    cli();          // 下面這段時間要求比較嚴格，為保險起見，關中斷
    DQ_TO_1();      // 設置1-wire總線為高電平(釋放總線)
    
    /* 這個浮點數是由編譯器計算好的，而不是由你的MCU在運行時臨時計算的，
       所以不會占用用戶MCU的時間，不必擔心(看看前面的宏你就可以確定了)
     */
    wait_us(67.5);  // 最佳時間: 60us+7.5us!(忙延時，只是一種策略)
    
    // 探測總線上是否有器件    
    if(DQ_status()) bus_flag=FAIL;   // 復位單總線但沒有發現有器件在線
    else bus_flag=SUCC;              // 復位單總線并發現有器件在線
    
    sei();          // 退出臨界代碼區(開中斷)

    /* 保證Master釋放總線的時間(不是說總線處于高電平的時間)不小于
       480us即可，這一時間從讀總線狀態之前就開始了，所以這里把這個
       時間計算在內。在Master釋放總線的前半段，也是被動器件聲明它
       們在線之時。
     */
    wait_us(490-67.5);   // 490-67.5us

    return(bus_flag);
}

/*--------------------------------------------------------
*  寫命令或數據到溫度芯片DS18B20(發送一個字節)
*/
void ds18b20_write(INT8U dat)
{
    INT8U count;

    // 每個字節共8位，一次發一位
    for(count=0; count<8; count++) {
        cli();                   // 保證絕對不會發生中斷!
        DQ_TO_0();               // 設置1-wire總線為低電平
        wait_us(2);              // about 2us
        
        if(dat&0x01) DQ_TO_1();  // 并串轉換，先低位后高位
        else DQ_TO_0();
        dat >>= 1;               // 下一位做好準備
        
        // 60us~120us(實際不能到120us, 因為其它語句也用時間了!)
        wait_us(62);             // 62us
        
        DQ_TO_1();
        sei();                   // 恢復系統中斷
        wait_us(2);              // 2us
    }
}

/*---------------------------------------------------------
*  從溫度芯片DS18B20讀配置或數據(接收一個字節)
*/
INT8U ds18b20_read(void)
{
    INT8U count,dat;

    dat = 0x00;       // 數據接收準備
    
    // 每個字節共8位，一次收一位
    for(count=0; count<8; count++) {
        cli();        // 保證絕對不會發生中斷!
        
        // 從總線拉低到讀總線狀態，不能大于15us!
        DQ_TO_0();    // 設置1-wire總線為低電平(拉低總線以同步)
        wait_us(2);   // 2us
        DQ_TO_1();    // 設置1-wire總線為高電平(釋放總線)
        wait_us(4);   // 4us        
        dat >>= 1;
        if(DQ_status()) dat|=0x80;   // 讀取總線電平，先收低位再收高位
        
        sei();        // 恢復系統中斷
        wait_us(62);  // 必須大于60us
    }
    return(dat);
}

/*-------------------------------------------------------
*     我的電路中只有一個器件DS18B20，所以不需要多個器件的ID
*  識別，跳過之后，啟動溫度轉換，但在啟動后，用戶應等待幾百個
*  毫秒，才能讀到這次的轉換值，這是DS18B20的數據手冊規定的。
*  因為溫度轉換是需要時間的嘛!(^_^)
*/
void convert_T(void)
{
    if(ds18b20_reset()==SUCC) {  // 如果復位成功
        ds18b20_write(0xcc);     // 跳過多器件識別
        ds18b20_write(0x44);     // 啟動溫度轉換
    }
}

/*-------------------------------------------------------
*  讀取轉換后的溫度值
*  我假定DS18B20一定是正確的，所以沒有返回有關狀態。當你故意
*  把DS18B20從電路中拔下而能讓程序告訴你出錯時，你可以自己修
*  改這段代碼!
*/
INT16U read_T(void)
{